DE112015006166T5 - Optical computing devices comprising selective broadband angle filters - Google Patents

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David L. Perkins
James M. Price
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Abstract

Optische Rechenvorrichtungen, einschließend eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in einen optischen Strahlengang; ein integriertes Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach einer Probe lokalisiert wird, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren; einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang mit einem Zieleinfallswinkel zu übertragen, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird, und um eine oder mehrere Streustrahlungsreflexionen mit Winkeln zu reflektieren, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; und einen Detektor, der die ASMR empfängt und ein Ausgabesignal generiert, das einem Charakteristikum der Probe entspricht.Optical computing devices including an electromagnetic radiation source for emitting electromagnetic radiation into an optical path; an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after a sample located in the optical path to generate modified electromagnetic radiation in the optical path; a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical path to transmit the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation in the optical path at a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle and to reflect one or more stray reflections at angles that do not match the target angle of incidence; and a detector that receives the ASMR and generates an output signal that corresponds to a characteristic of the sample.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Die hierin enthaltenen Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Systeme und Verfahren des optischen Rechnens und konkreter optische Rechenvorrichtungen, umfassend selektive Breitbandwinkelfilter.The embodiments included herein generally relate to systems and methods of optical computing and concretely optical computing devices comprising selective broadband angle filters.

Optische Rechenvorrichtungen, die gemeinhin auch als optisch-analytische Vorrichtungen bezeichnet werden, können eine verbesserte Empfindlichkeit und verbesserte Detektionsgrenzen bereitstellen, wenn integrierte Rechenelemente verwendet werden. Derartige integrierte Rechenelemente können ein relativ kostengünstiges, robustes und genaues System zum Überwachen der Erdölqualität zum Zwecke der Optimierung der Entscheidungsfindung an einer Bohrlokation und zur effizienten Verwaltung der Kohlenwasserstoffproduktion bereitstellen. Bei einigen Anwendungen können die integrierten Rechenelemente beim Verbessern von Detektionsgrenzen, wenn ein bestimmtes Charakteristikum einer Probe, wie etwa einer Substanz, einer Verbindung oder eines Materials, bestimmt wird, die in einem Bohrloch vorliegt oder in anderen Technologiebereichen nützlich sein, einschließend unter anderem die Lebensmittel- und Pharmaindustrie, industrielle Anwendungen, den Bergbau oder einen beliebigen Bereich, in dem es vorteilhaft sein kann, in Echtzeit ein Charakteristikum einer Substanz, einer Verbindung oder eines Materials zu bestimmen.Optical computing devices, commonly referred to as optical-analytical devices, can provide improved sensitivity and detection limits when using integrated computing elements. Such integrated computing elements may provide a relatively inexpensive, robust and accurate system for monitoring petroleum quality for the purpose of optimizing decision-making at a well location and efficiently managing hydrocarbon production. In some applications, the integrated computing elements may be used to improve detection limits when determining a particular characteristic of a sample, such as a substance, compound, or material, that is in a borehole, or useful in other areas of technology, including but not limited to foods and pharmaceutical, industrial, mining or any other area where it may be advantageous to determine in real time a characteristic of a substance, compound or material.

Streulichtreflexionen in optischen Rechenvorrichtungen können jedoch die Messung der Probe beeinträchtigen, wenn die Reflexionen nicht von der Probe an sich sondern von einer anderen Quelle stammen. Derartige Streulichtreflexionen können einen beträchtlichen Teil des gesamten Lichts (z. B. elektromagnetische Strahlung) ausmachen, das in der optischen Rechenvorrichtung detektiert wird. Wenn es nicht effektiv verringert oder auf andere Weise verhindert wird, kann durch das Streulicht das resultierende Probensignal geändert werden, woraus sich im Wesentlichen eine verringerte Genauigkeit, Präzision, Empfindlichkeit und Detektionsgrenze ergeben. Zum Beispiel schließen derartige Variationen unter anderem hohe Vorspannungen, die in einem Detektor beobachtet werden, eine geringere Auflösung bei räumlichen Bildern, Sättigungseffekte des Detektors, Kombinationen davon, oder dergleichen ein. Herkömmlicherweise werden derartige Streulichtreflexionen unter Verwendung von Abbildungslinsen, Antireflexbeschichtungen, physikalischen Blenden und dergleichen gesteuert oder minimiert. Jedoch werden durch derartige Methoden Streulichtreflexionen möglicherweise nicht ausreichend entfernt, woraus sich in Bezug auf die interessierende Probe verbesserte, jedoch immer noch nicht optimale Signale ergeben.However, stray light reflections in optical computing devices may affect the measurement of the sample if the reflections are not from the sample itself but from another source. Such stray light reflections can account for a significant portion of the total light (eg, electromagnetic radiation) detected in the optical computing device. If it is not effectively reduced or otherwise prevented, the scattered light can alter the resulting sample signal, resulting in substantially reduced accuracy, precision, sensitivity, and detection limit. For example, such variations include, among others, high biases observed in a detector, lower spatial image resolution, saturation effects of the detector, combinations thereof, or the like. Conventionally, such stray light reflections are controlled or minimized using imaging lenses, antireflective coatings, physical diaphragms, and the like. However, such methods may not sufficiently remove stray light reflections, resulting in improved, but still inferior, signals with respect to the sample of interest.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die folgenden Figuren sind zur Veranschaulichung bestimmter Aspekte der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschlossen und sollen nicht als ausschließliche Ausführungsformen angesehen werden. Der offenbarte Gegenstand ist zu beträchtlichen Modifikationen, Änderungen, Kombinationen und Äquivalenten hinsichtlich Form und Funktion in der Lage, wie für den Fachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung ersichtlich.The following figures are included to illustrate certain aspects of the embodiments described herein and are not to be considered as exclusive embodiments. The disclosed subject matter is capable of substantial modifications, changes, combinations and equivalents in form and function, as would be apparent to those skilled in the art having the benefit of this disclosure.

1 veranschaulicht ein beispielhaftes integriertes Rechenelement gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen. 1 FIG. 12 illustrates an exemplary integrated computing element according to one or more embodiments described herein.

2 veranschaulicht eine repräsentative photonische Heterostruktur zur Verwendung als ein selektiver Breitbandwinkelfilter gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen. 2 FIG. 12 illustrates a representative photonic heterostructure for use as a broadband angle selective filter according to one or more embodiments described herein. FIG.

3A, B veranschaulichen eine optische Rechenvorrichtung, umfassend einen selektiven Breitbandwinkelfilter gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen. 3A B illustrate an optical computing device comprising a selective wide band angle filter according to one or more embodiments described herein.

4 veranschaulicht ein beispielhaftes System zum Detektieren eines Charakteristikums einer Probe unter Verwendung einer optischen Rechenvorrichtung, umfassend einen selektiven Breitbandwinkelfilter, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. 4 FIG. 12 illustrates an exemplary system for detecting a characteristic of a sample using an optical computing device comprising a selective broadband angle filter, according to one or more embodiments.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die hierin enthaltenen Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Systeme und Verfahren des optischen Rechnens und konkreter optische Rechenvorrichtungen, umfassend selektive Breitbandwinkelfilter.The embodiments included herein generally relate to systems and methods of optical computing and concretely optical computing devices comprising selective broadband angle filters.

Bei den hierin beschriebenen beispielhaften Systemen und Verfahren werden verschiedene Konfigurationen optischer Rechenvorrichtungen eingesetzt, die gemeinhin auch als „optisch-analytische Vorrichtungen“ bezeichnet werden, wobei selektive Breitbandwinkelfilter (BASF) für die schnelle Analyse eines Charakteristikums einer interessierenden Probe, wie etwa einer Probe in einem Flusspfad, einer statischen Probe, einer Probe auf einem Förderband und dergleichen, eingesetzt werden. Die offenbarten Systeme und Verfahren können zur Verwendung in der Öl- und Gasindustrie geeignet sein, da die beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen ein kostengünstiges, robustes und genaues Mittel zum Identifizieren von einem oder mehreren Charakteristika einer interessierenden Probe bereitstellen, um die Öl- und Gasproduktion und/oder die Sicherheit von Öl- und Gasbohrungen zu erleichtern. Zum Beispiel können die hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen ein Charakteristikum einer Probe in einem Flusspfad, wie etwa einem Bohrloch, identifizieren. Derartige Charakteristika können eine Überwachung der Erdölqualität zum Zwecke der Entscheidungsfindung an einer Bohrlokation und zur effizienten Verwaltung der Kohlenwasserstoffproduktion ermöglichen. Bei einigen Anwendungen können die hierin offenbarten optischen Rechenvorrichtungen beim Verbessern von Detektionsgrenzen nützlich sein, wenn ein bestimmtes Charakteristikum einer Substanz, einer Verbindung oder eines Materials bestimmt wird, die bzw. das in einem Bohrloch vorliegt, indem Streulichtreflexionen verringert oder beseitigt werden. Es versteht sich jedoch, dass die verschiedenen offenbarten Systeme und Verfahren gleichermaßen in anderen Technologiebereichen anwendbar sind, einschließend unter anderem die Lebensmittel- und Pharmaindustrie, industrielle Anwendungen, den Bergbau oder einen beliebigen Bereich, in dem es vorteilhaft sein kann, in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit ein Charakteristikum einer interessierenden Probe, einschließend fließende Proben, zu bestimmen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „fließend bzw. Fließen“ auf eine Zirkulation oder Bewegung einer Fluidprobe in Bezug auf die hierin offenbarten optischen Rechenvorrichtungen. In the exemplary systems and methods described herein, various configurations of optical computing devices, commonly referred to as "optical analytical devices", are used, with selective broadband angle filters (BASF) for rapid analysis of a characteristic of a sample of interest, such as a sample in a Flow path, a static sample, a sample on a conveyor belt and the like, are used. The disclosed systems and methods may be suitable for use in the oil and gas industry, as the described optical computing devices provide a low cost, robust and accurate means for identifying one or more characteristics of a sample of interest to control oil and gas production and / or to facilitate the safety of oil and gas wells. For example, the optical computing devices described herein may identify a characteristic of a sample in a flow path, such as a wellbore. Such characteristics may enable monitoring of petroleum quality for the purpose of decision-making at a well location and for efficient management of hydrocarbon production. In some applications, the optical computing devices disclosed herein may be useful in improving detection limits when determining a particular characteristic of a substance, compound, or material present in a borehole by reducing or eliminating stray light reflections. It should be understood, however, that the various systems and methods disclosed are equally applicable in other fields of technology including, but not limited to, the food and pharmaceutical industries, industrial applications, mining, or any area in which it may be advantageous, in real time or near to Real time to determine a characteristic of a sample of interest, including flowing samples. As used herein, the term "flowing" refers to circulation or movement of a fluid sample with respect to the optical computing devices disclosed herein.

Nachfolgend werden eine oder mehrere veranschaulichende Ausführungsformen dargestellt, welche die hierin enthaltene Offenbarung einbinden. Der Klarheit halber werden nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Umsetzung in dieser Anmeldung beschrieben oder gezeigt. Es versteht sich, dass bei der Entwicklung einer tatsächlichen Ausführungsform, welche die vorliegende Offenbarung einbindet, zahlreiche umsetzungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie etwa Übereinstimmung mit systembezogenen, geschäftsbezogenen, regierungsbezogenen und anderen Einschränkungen, die sich je nach Umsetzung und von Zeit zu Zeit ändern können. Obwohl die Bemühungen seitens eines Entwicklers komplex und zeitaufwändig sein können, stellen solche Bemühungen für den Durchschnittsfachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung gleichwohl ein Routineunterfangen dar.Hereinafter, one or more illustrative embodiments incorporating the disclosure contained herein are presented. For the sake of clarity, not all features of an actual implementation in this application are described or shown. It should be understood that in developing an actual embodiment incorporating the present disclosure, numerous implementation-specific decisions must be made to achieve the goals of the developer, such as compliance with systemic, business, governmental, and other constraints, as appropriate Implementation and change from time to time. Although efforts on the part of a developer may be complex and time consuming, such efforts will nevertheless be routine to one of ordinary skill in the art having the benefit of this disclosure.

Es ist anzumerken, dass der Begriff „etwa“ hierin zu Beginn einer numerischen Liste jede Zahl in der numerischen Liste modifiziert. In einigen numerischen Auflistungen von Bereichen können einige aufgelistete Untergrenzen über einigen aufgelisteten Obergrenzen liegen. Ein Fachmann wird erkennen, dass die ausgewählte Teilmenge die Auswahl einer Obergrenze erforderlich macht, die über der ausgewählten Untergrenze liegt. Sofern nicht anders angegeben, sind sämtliche Zahlen, die Mengen von Bestandteilen ausdrücken, in der vorliegenden Patentschrift und den entsprechenden Ansprüchen, derart aufzufassen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „etwa“ modifiziert werden. Dementsprechend handelt es sich bei den numerischen Parametern, die in der folgenden Patentschrift und den beigefügten Patentansprüchen dargelegt sind, sofern nicht das Gegenteil angegeben ist, um Annäherungen, die je nach den erwünschten Eigenschaften, welche anhand der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen erhalten werden sollen, variieren können. Zumindest und nicht als Versuch, die Anwendung der Lehre von gleichwertigen Ausgestaltungen auf den Umfang des Patentanspruchs einzuschränken, sollte jeder numerische Parameter zumindest angesichts der Anzahl gemeldeter signifikanter Stellen und durch Anwendung gewöhnlicher Rundungstechniken ausgelegt werden.It should be noted that the term "about" herein modifies every number in the numerical list at the beginning of a numerical list. In some numerical listings of scopes, some listed lower limits may be above some listed upper limits. One skilled in the art will recognize that the selected subset requires selection of an upper limit that is above the selected lower limit. Unless otherwise indicated, all numbers expressing quantities of components in the present specification and claims are to be understood to be modified in all instances by the term "about". Accordingly, the numerical parameters set forth in the following specification and appended claims are, unless stated otherwise, approximations that vary depending on the desired characteristics to be obtained from the exemplary embodiments described herein can. At least, and not as an attempt to limit the application of the doctrine of equivalent embodiments to the scope of the claim, each numerical parameter should be interpreted at least in light of the number of significant digits reported and the use of ordinary rounding techniques.

Obwohl Zusammensetzungen und Verfahren hierin als verschiedene Komponenten oder Schritte „umfassend“ beschrieben werden, können die Zusammensetzungen und Verfahren auch „im Wesentlichen bestehen aus“ den verschiedenen Komponenten und Schritten oder daraus „bestehen“. Wenn „umfassend“ in einem Patentanspruch verwendet wird, ist dieser Begriff offen.Although compositions and methods are described herein as comprising "various components or steps," the compositions and methods may also "consist essentially of" the various components and steps, or "consist" thereof. When "comprising" is used in a claim, this term is open.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Fluid“ auf eine beliebige Substanz, die dazu in der Lage ist, zu fließen, einschließend partikelförmige Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase, Aufschlämmungen, Emulsionen, Pulver, Schlämme, Glas, Kombinationen davon und dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann das Fluid ein wässriges Fluid sein, einschließend Wasser oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann das Fluid ein nicht wässriges Fluid sein, einschließend organische Verbindungen, konkreter Kohlenwasserstoffe, Öl, eine raffinierte Komponente von Öl, petrochemische Produkte und dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann das Fluid ein Behandlungsfluid oder ein Formationsfluid sein. Fluide können verschiedene fließfähige Gemische von Feststoffen, Flüssigkeiten und/oder Gasen einschließen. Veranschaulichende Gase, die gemäß den vorliegenden Ausführungsformen als Fluide angesehen werden können, schließen zum Beispiel Luft, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Argon, Helium, Schwefelwasserstoff, Mercaptan, Thiophen, Methan, Ethan, Butan, und andere Kohlenwasserstoffgase und/oder dergleichen ein.As used herein, the term "fluid" refers to any substance capable of flowing, including particulate solids, liquids, gases, slurries, emulsions, powders, slurries, glass, combinations thereof, and the like. In some embodiments, the fluid may be an aqueous fluid, including water or the like. In some embodiments, the fluid may be a nonaqueous fluid, including organic compounds, specific hydrocarbons, oil, a refined component of oil, petrochemical products, and the like. In some embodiments, the fluid may be a treatment fluid or a formation fluid. Fluids may include various fluid mixtures of solids, liquids and / or gases. Illustrative gases that For example, according to the present embodiments, fluids may be considered to include air, nitrogen, carbon dioxide, argon, helium, hydrogen sulfide, mercaptan, thiophene, methane, ethane, butane, and other hydrocarbon gases and / or the like.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Charakteristikum“ auf eine chemische oder physikalische Eigenschaft einer Substanz. Ein Charakteristikum einer Substanz kann einen quantitativen Wert von einer oder mehreren darin enthaltenen chemischen Komponenten einschließen. Derartige chemische Komponenten können als „Analyte“ bezeichnet werden. Veranschaulichende Charakteristika einer Substanz, die mit den hierin offenbarten Rechenvorrichtungen überwacht werden können, schließen zum Beispiel die chemische Zusammensetzung (Identität und Konzentration, insgesamt oder für einzelne Komponenten), den Verunreinigungsgehalt, den pH-Wert, die Viskosität, die Dichte, die Ionenstärke, die Gesamtmenge an gelösten Feststoffen, den Salzgehalt, die Porosität, die Opazität, den Bakteriengehalt, Kombinationen davon und dergleichen ein.As used herein, the term "characteristic" refers to a chemical or physical property of a substance. A characteristic of a substance may include a quantitative value of one or more chemical components contained therein. Such chemical components may be referred to as "analytes". Illustrative characteristics of a substance that can be monitored with the computing devices disclosed herein include, for example, the chemical composition (identity and concentration, total or for individual components), contaminant level, pH, viscosity, density, ionic strength, the total amount of dissolved solids, salinity, porosity, opacity, bacterial content, combinations thereof and the like.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „elektromagnetische Strahlung“ auf Infrarotstrahlung, nahe Infrarotstrahlung, sichtbares Licht, ultraviolettes Licht, Vakuum-UV-Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und eine beliebige Kombination davon.As used herein, the term "electromagnetic radiation" refers to infrared radiation, near infrared radiation, visible light, ultraviolet light, vacuum UV light, X-radiation, gamma radiation, and any combination thereof.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „optische Rechenvorrichtung“ auf eine optische Vorrichtung, die konfiguriert ist, um einen Eingang elektromagnetischer Strahlung von einer Substanz oder Probe der Substanz (gemeinsam als „Probe“ bezeichnet) zu empfangen und eine Ausgabe elektromagnetischer Strahlung von einem Verarbeitungselement zu erzeugen. Das Verarbeitungselement kann zum Beispiel ein integriertes Rechenelement („ICE“) sein. Die elektromagnetische Strahlung, die von dem Verarbeitungselement ausgeht, wird auf gewisse Weise geändert, um von einem Detektor lesbar zu sein, sodass ein Ausgabesignal des Detektors mit mindestens einem Charakteristikum der Probe korreliert werden kann. Die Ausgabe elektromagnetischer Strahlung von dem Verarbeitungselement kann reflektierte elektromagnetische Strahlung, übertragene elektromagnetische Strahlung und/oder dispergierte elektromagnetische Strahlung sein. Es versteht sich, dass es Gegenstand einer routinemäßigen Versuchsanordnung ist, ob reflektierte oder übertragene elektromagnetische Strahlung von dem Detektor analysiert wird. Zusätzlich kann ebenso eine Emission und/oder Streuung der Substanz, zum Beispiel über Fluoreszenz, Lumineszenz, Strahlen und Wiederausstrahlen, Raman-Streuung und/oder Rayleigh-Streuung durch die optischen Rechenvorrichtungen überwacht werden.As used herein, the term "optical computing device" refers to an optical device configured to receive an input of electromagnetic radiation from a substance or sample of the substance (collectively referred to as "sample") and an output of electromagnetic radiation from one To produce processing element. The processing element may be, for example, an integrated computing element ("ICE"). The electromagnetic radiation emanating from the processing element is changed in some way to be readable by a detector so that an output signal of the detector can be correlated with at least one characteristic of the sample. The output of electromagnetic radiation from the processing element may be reflected electromagnetic radiation, transmitted electromagnetic radiation, and / or dispersed electromagnetic radiation. It should be understood that it is the object of routine experimentation to analyze whether reflected or transmitted electromagnetic radiation from the detector. In addition, emission and / or scattering of the substance, for example via fluorescence, luminescence, radiation and re-emission, Raman scattering and / or Rayleigh scattering by the optical computing devices may also be monitored.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Probe“, oder Variationen davon, auf mindestens einen Teil einer interessierenden zu testenden oder auf andere Weise unter Verwendung der hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen beurteilten Substanz. Die Probe schließt das interessierende Charakteristikum, wie zuvor definiert ein und kann ein beliebiges Fluid, wie hierin definiert oder andererseits eine beliebige feste Substanz oder ein beliebiges festes Material, wie etwa unter anderem Gesteinsformationen, Beton, andere feste Oberflächen usw. sein.As used herein, the term "sample", or variations thereof, refers to at least a portion of a substance of interest to be tested or otherwise evaluated using the optical computing devices described herein. The sample includes the characteristic of interest as defined above and may be any fluid as defined herein or otherwise any solid substance or solid material such as, but not limited to, rock formations, concrete, other solid surfaces, etc.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „optisch interagieren“ oder Variationen davon auf die Reflexion, die Übertragung, die Streuung, die Beugung, das Strahlen, das Wiederausstrahlen oder die Absorption von elektromagnetischer Strahlung entweder an, durch oder von ein(em) oder mehreren Verarbeitungselementen, wie etwa integrierten Rechenelementen. Dementsprechend bezieht sich optisch interagierendes Licht auf Licht, das zum Beispiel unter Verwendung der integrierten Rechenelemente reflektiert, übertragen, gestreut, gebeugt oder absorbiert, emittiert, gestrahlt oder wiederausgestrahlt wurde, aber es kann auch für eine Interaktion mit einer Probensubstanz gelten.As used herein, the term "optically interacting" or variations thereof refers to the reflection, transmission, scattering, diffraction, radiation, re-radiation or absorption of electromagnetic radiation either to, through or from (em) or several processing elements, such as integrated computing elements. Accordingly, optically interacting light refers to light that has been, for example, reflected, transmitted, scattered, diffracted or absorbed, emitted, blasted, or re-blasted using the integrated computing elements, but may also be for interaction with a sample substance.

Im Gegensatz zu herkömmlichen spektroskopischen Elementen, mit denen ein elektromagnetisches Spektrum einer Probe gemessen und erzeugt wird, für das eine weitere Interpretation benötigt wird, um ein Ergebnis zu erhalten, ist die endgültige Ausgabe hierin beschriebener optischer Rechenvorrichtungen eine reelle Zahl, die auf gewisse Weise mit einem Charakteristikum einer interessierenden Probe korreliert werden kann. Zusätzlich können deutliche Vorteile umgesetzt werden, indem in den optischen Rechenvorrichtungen ein oder mehrere selektive Breitbandwinkelfilter eingeschlossen sind, die Streulichtreflexionen verringern oder beseitigen, welche das Ausgabesignal in Bezug auf ein Charakteristikum einer Probe stören können. Wie hierin verwendet, bezieht sich ein „selektiver Breitbandwinkelfilter“ (oder „BASF“) auf einen Filter, der Breitbandlicht in Bezug auf einen Einfallswinkel screent. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Einfallswinkel“ auf den Winkel, den ein einfallender Strahl elektromagnetischer Strahlung normalerweise in Bezug auf eine Fläche aufweist.Unlike conventional spectroscopic elements that measure and generate an electromagnetic spectrum of a sample that requires further interpretation to obtain a result, the final output of optical computing devices described herein is a real number that correlates in some ways with a characteristic of a sample of interest can be correlated. Additionally, significant advantages may be realized by including in the optical computing devices one or more selective broadband angle filters that reduce or eliminate stray light reflections that may interfere with the output signal with respect to a characteristic of a sample. As used herein, a "selective broadband angle filter" (or "BASF") refers to a filter that screens broadband light with respect to an angle of incidence. As used herein, the term "angle of incidence" refers to the angle that an incident beam of electromagnetic radiation normally has with respect to an area.

Zusätzlich können deutliche Vorteile umgesetzt werden, indem die Ausgaben von zwei oder mehr integrierten Rechenelementen und/oder zwei oder mehr BASFs in einer optischen Rechenvorrichtung bei der Analyse einer Probe miteinander, wie weiter unten beschrieben, kombiniert werden. Im Besonderen kann in einigen Fällen eine deutlich erhöhte Detektionsgenauigkeit umgesetzt werden. Beliebige der hierin beschriebenen Verfahren können ausgeführt werden, indem die Ausgaben von zwei oder mehr integrierten Rechenelementen und/oder zwei oder mehr BASFs miteinander kombiniert werden. Die integrierten Rechenelemente und/oder BASFs, deren Ausgaben kombiniert werden, können mit einem interessierenden Charakteristikum verknüpft oder davon getrennt sein, bei der Analyse des interessierenden Charakteristikums eine positive oder negative Reaktion zeigen oder eine beliebige Kombination davon.In addition, significant benefits can be realized by having the outputs of two or more integrated computing elements and / or two or more BASFs in an optical computing device in the Analysis of a sample together, as described below, are combined. In particular, in some cases, a significantly increased detection accuracy can be implemented. Any of the methods described herein may be carried out by combining the outputs of two or more integrated computing elements and / or two or more BASFs. The integrated computational elements and / or BASF's whose outputs are combined may be linked to or separate from a characteristic of interest, show a positive or negative response in the analysis of the characteristic of interest, or any combination thereof.

Wie zuvor angesprochen, sind optische Rechenvorrichtungen durch ihre operative Einfachheit robust und für Feld- oder Prozessumgebungen, einschließend den Einsatz in einer unterirdischen Formation, gut geeignet. Zum Beispiel können die hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen Fluide analysieren, die gemeinhin in der Öl- und Gasindustrie anzutreffen sind, einschließend während des Einsatzes in einer unterirdischen Formation.As previously mentioned, optical computing devices are robust by their operational simplicity and are well suited for field or process environments, including use in a subterranean formation. For example, the optical computing devices described herein may analyze fluids commonly found in the oil and gas industry, including during use in a subterranean formation.

Ein deutlicher und entscheidender Vorteil der hierin offenbarten optischen Rechenvorrichtungen liegt darin, dass sie konfiguriert sein können, um im Besonderen ein Charakteristikum einer Probe zu detektieren und/oder zu messen, wodurch qualitative und/oder quantitative Analysen des Charakteristikums ermöglicht werden, ohne dass ein zeitaufwändiges Verfahren für die Probenverarbeitung ausgeführt werden muss oder ohne dass das elektromagnetische Spektrum der Probe aufgezeichnet und verarbeitet werden muss. Mit einer vorhandenen schnellen Analysefähigkeit können die hierin beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren dazu in der Lage sein, den prozentualen Anteil eines Charakteristikums einer Probe zu bestimmen, sodass ein Bediener bestimmen kann, ob das Charakteristikum innerhalb eines bestimmten akzeptablen Grenzbereichs liegt. Wenn das Charakteristikum der Probe außerhalb des akzeptablen Grenzbereichs liegt (üblicherweise zu hoch), können Korrekturmaßnahmen ergriffen werden. Die Verwendung der hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen zum Detektieren eines Charakteristikums einer Probe kann ferner vorteilhaft sein, um das Sammeln und die Archivierung von Informationen in Bezug auf derartige Proben für bestimmte Betriebsarten in Verbindung mit operativen Informationen zu ermöglichen, um darauffolgende Betriebsarten zu optimieren und dergleichen.A clear and significant advantage of the optical computing devices disclosed herein is that they may be configured to specifically detect and / or measure a characteristic of a sample, thereby enabling qualitative and / or quantitative analysis of the characteristic without requiring a time-consuming process Process must be performed for the sample processing or without the electromagnetic spectrum of the sample must be recorded and processed. With an existing rapid analysis capability, the exemplary systems and methods described herein may be capable of determining the percentage of a characteristic of a sample so that an operator can determine if the characteristic is within a certain acceptable limit. If the characteristic of the sample is outside the acceptable limit (usually too high), corrective action can be taken. The use of the optical computing devices described herein for detecting a characteristic of a sample may also be advantageous for enabling the collection and archiving of information relating to such samples for particular modes of operation in conjunction with operational information, to optimize subsequent modes of operation, and the like.

In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung eine optische Rechenvorrichtung bereit, umfassend eine elektromagnetische Strahlungsquelle, die elektromagnetische Strahlung in einen optischen Strahlengang emittiert. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „optischer Strahlengang“ auf den Pfad, den elektromagnetische Strahlung durchquert, die von einer Quelle ausgeht und bei einem Detektor endet. In dem optischen Strahlengang sind eine Probe, ein ICE und ein BASF in einer beliebigen Konfiguration positioniert. Das heißt, dass die Probe vor oder nach dem ICE kommen kann, das ICE vor oder nach dem BASF kommen kann und der BASF vor oder nach der Probe kommen kann. Zudem kann bzw. können sich mehr als ein ICE und/oder mehr als ein BASF in dem optischen Strahlengang befinden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.In some embodiments, the present disclosure provides an optical computing device comprising an electromagnetic radiation source that emits electromagnetic radiation into an optical path. As used herein, the term "optical path" refers to the path that traverses electromagnetic radiation emanating from a source and terminating at a detector. In the optical path, a sample, an ICE and a BASF are positioned in any configuration. This means that the sample can come before or after the ICE, the ICE can come before or after BASF and BASF can come before or after the trial. Additionally, more than one ICE and / or more than one BASF may be in the optical path without departing from the scope of the present disclosure.

Die hierin beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren schließen mindestens eine optische Rechenvorrichtung ein, die konfiguriert ist, um mindestens ein Charakteristikum einer Probe zu messen, wie etwa in einem Flusspfad, der sich in einer unterirdischen Formation (z. B. einem Bohrloch) befinden kann. In einigen Ausführungsformen können die optischen Rechenvorrichtungen, die zur Verwendung in den hierin beschriebenen beispielhaften Systemen und Verfahren geeignet sind, mobil oder tragbar sein.The exemplary systems and methods described herein include at least one optical computing device configured to measure at least one characteristic of a sample, such as in a flow path that may be in a subterranean formation (eg, a borehole). In some embodiments, the optical computing devices that are suitable for use in the exemplary systems and methods described herein may be portable or portable.

Gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen kann eine optische Rechenvorrichtung eine elektromagnetische Strahlungsquelle, mindestens ein Verarbeitungselement (z. B. ein ICE), mindestens einen BASF und mindestens einen Detektor einschließen, der angeordnet ist, um optisch interagierendes Licht zu empfangen, nachdem es mit dem mindestens einen ICE, dem mindestens einen BASF und einer Probe in einer beliebigen Kombination interagiert hat. Jedoch kann die elektromagnetische Strahlungsquelle in mindestens einer Ausführungsform entfallen und stattdessen kann die elektromagnetische Strahlung von der Probe selbst stammen. In einigen Ausführungsformen können die beispielhaften optischen Rechenvorrichtungen im Besonderen konfiguriert sein, um ein bestimmtes Charakteristikum einer Probe, wie etwa eine Konzentration einer Komponente der Probe oder andere Charakteristika, nachfolgend ausführlicher erörtert, zu detektieren, zu analysieren und quantitativ zu messen. In anderen Ausführungsformen können die optischen Rechenvorrichtungen universelle optische Vorrichtungen mit einer Verarbeitung nach dem Erwerb (z. B. durch Computermittel) sein, die verwendet werden, um im Besonderen das Charakteristikum der Probe zu detektieren.According to the embodiments described herein, an optical computing device may include an electromagnetic radiation source, at least one processing element (eg, an ICE), at least one BASF, and at least one detector arranged to receive optically interacting light after being coupled to the at least one an ICE that has interacted with at least one BASF and one sample in any combination. However, in at least one embodiment, the electromagnetic radiation source may be omitted, and instead the electromagnetic radiation may originate from the sample itself. Specifically, in some embodiments, the exemplary optical computing devices may be configured to detect, analyze, and quantitatively measure a particular characteristic of a sample, such as a concentration of a component of the sample or other characteristics discussed in greater detail below. In other embodiments, the optical computing devices may be universal optical devices with post-acquisition processing (eg, by computer means) that are used to specifically detect the characteristic of the sample.

Bei den gegenwärtig beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen wird der Vorteil der Leistung, der Präzision und Genauigkeit kombiniert, die mit Laborspektrometern verknüpft sind, während sie äußerst robust und für den Feldeinsatz geeignet sind. Ferner können die optischen Rechenvorrichtungen Berechnungen (Analysen) in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit durchführen, ohne dass eine zeitaufwändige Probenverarbeitung erforderlich ist. In dieser Hinsicht können die optischen Rechenvorrichtungen im Besonderen konfiguriert sein, um bestimmte Charakteristika einer Probe zu detektieren und zu analysieren. In einigen Ausführungsformen kann die detektierte Ausgabe in eine Stromstärke oder Spannung umgewandelt werden, die für die Größenordnung des Charakteristikums der Probe bezeichnend ist.The optical computing devices currently described combine the benefits of performance, precision and accuracy associated with laboratory spectrometers while being extremely powerful robust and suitable for field use. Further, the optical computing devices can perform calculations (analyzes) in real time or near real time without the need for time-consuming sample processing. In this regard, the optical computing devices may be specifically configured to detect and analyze certain characteristics of a sample. In some embodiments, the detected output may be converted to a current magnitude or voltage indicative of the magnitude of the characteristic of the sample.

Die optischen Rechenvorrichtungen der vorliegenden Offenbarung werden betrieben, indem zwischen optischen (oder Spannungs-)Signalen in Bezug auf ein Charakteristikum einer Probe und Störsignalen (z. B. Streulicht oder „Geister“-Signalen) unterschieden wird. Derartiges Streulicht (hierin auch als „Streulichtreflexionen“ und „Streustrahlungsreflexionen“ bezeichnet) betrifft ein optisches Signal, das nicht mit der interessierenden Probe in Zusammenhang steht und das tendenziell das gewünschte Signal ändern kann, das durch den optischen Strahlengang befördert wird und der Probe oder dem Charakteristikum davon entspricht. Wenn es nicht effektiv verringert oder auf andere Weise verhindert wird, kann das Streulicht dazu dienen, die detektierte elektromagnetische Strahlung nachteilig zu ändern, woraus sich im Wesentlichen eine verringerte Genauigkeit, Präzision, Empfindlichkeit und Detektionsgrenze ergeben. Frühere Mittel zum Verringern von Streulicht stützten sich zum Beispiel auf physikalische Maskierungsverfahren, Blenden und Abschirmungen. Jedoch werden bei den hierin enthaltenen Ausführungsformen ein oder integrierte(s) Rechenelement(e) und selektive(r) Breitbandwinkelfilter synergistisch kombiniert, um Streulicht zu verringern oder zu beseitigen und die Empfindlichkeit und das Ausgabesignal der optischen Rechenvorrichtungen, die sie umfassen, im Vergleich zu zuvor verwendeten Mitteln zu verstärken (z. B. das Signal-Rausch-Verhältnis zu verringern).The optical computing devices of the present disclosure operate by discriminating between optical (or voltage) signals with respect to a characteristic of a sample and spurious signals (e.g., stray light or "ghost" signals). Such stray light (also referred to herein as " stray light reflections " and " stray radiation reflections ") refers to an optical signal which is not related to the specimen of interest and which tends to alter the desired signal carried by the optical beam path and the specimen or specimen Characteristic of it corresponds. If not effectively reduced or otherwise prevented, the stray light may serve to adversely affect the detected electromagnetic radiation, resulting in substantially reduced accuracy, precision, sensitivity, and detection limit. Previous means of reducing stray light relied, for example, on physical masking techniques, apertures and shields. However, in the embodiments contained herein, one or more computing elements and selective broadband angle filters are synergistically combined to reduce or eliminate stray light and the sensitivity and output signal of the optical computing devices comprising them as compared to amplify previously used agents (eg to reduce the signal-to-noise ratio).

Die optischen Rechenvorrichtungen können nicht nur konfiguriert sein, um die Zusammensetzung und Konzentrationen einer Probe zu detektieren, sondern sie können außerdem konfiguriert sein, um auf Grundlage ihrer Analyse der elektromagnetischen Strahlung, die aus dem optischen Strahlengang, umfassend die Probe, empfangen wird, ebenso physikalische Eigenschaften und andere Charakteristika der Probe zu bestimmen. Zum Beispiel können die optischen Rechenvorrichtungen konfiguriert sein, um unter Verwendung geeigneter Verarbeitungsmittel die Konzentration der Probe zu bestimmen und die bestimmte Konzentration mit einem Charakteristikum der Probe zu korrelieren. Es versteht sich, dass die optischen Rechenvorrichtungen konfiguriert sein können, um für eine gegebene Probe so viele Charakteristika wie gewünscht zu detektieren. Alles, was zum Erreichen der Überwachung mehrerer interessierender Charakteristika erforderlich ist, ist die Einbindung geeigneter Verarbeitungs- und Detektionsmittel in der optischen Rechenvorrichtung für jedes interessierende Charakteristikum (z. B. Konzentration eines Analyten und dergleichen). In einigen Ausführungsformen können die Eigenschaften der Probe unter Verwendung einer Kombination von interessierenden Charakteristika (z. B. einer linearen, nicht linearen, logarithmischen und/oder exponentiellen Kombination) bestimmt werden. Dementsprechend gilt, je mehr Charakteristika unter Verwendung der optischen Rechenvorrichtungen detektiert und analysiert werden, desto genauer werden die Eigenschaften der Probe bestimmt. Zum Beispiel können Eigenschaften einer Probe, die unter Verwendung hierin beschriebener optischer Rechenvorrichtungen bestimmt werden können, unter anderem die absolute Konzentration eines Analyten, die jeweiligen Verhältnisse von zwei oder mehr Analyten, das Vorhandensein oder Fehlen eines Analyten und dergleichen und eine beliebige Kombination davon einschließen.Not only may the optical computing devices be configured to detect the composition and concentrations of a sample, but they may also be configured to be based on their analysis of the electromagnetic radiation received from the optical beam path including the sample To determine properties and other characteristics of the sample. For example, the optical computing devices may be configured to determine the concentration of the sample using appropriate processing means and to correlate the determined concentration with a characteristic of the sample. It is understood that the optical computing devices may be configured to detect as many characteristics as desired for a given sample. All that is required to achieve the monitoring of multiple characteristics of interest is the incorporation of appropriate processing and detection means in the optical computing device for each characteristic of interest (e.g., concentration of an analyte, and the like). In some embodiments, the properties of the sample may be determined using a combination of characteristics of interest (e.g., a linear, nonlinear, logarithmic, and / or exponential combination). Accordingly, the more characteristics are detected and analyzed using the optical computing devices, the more accurately the properties of the sample are determined. For example, properties of a sample that may be determined using optical computing devices described herein may include, but are not limited to, the absolute concentration of an analyte, the respective ratios of two or more analytes, the presence or absence of an analyte, and the like, and any combination thereof.

Bei den hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen wird elektromagnetische Strahlung verwendet, um Berechnungen durchzuführen, im Gegensatz zu den festverdrahteten Schaltungen herkömmlicher elektronischer Prozessoren. Wenn elektromagnetische Strahlung mit einer Probe interagiert, können einzigartige physikalische und chemische Informationen über die Probe in der elektromagnetischen Strahlung codiert werden, die von einem optischen Strahlengang, umfassend die Probe, reflektiert oder durch diesen übertragen wird oder darin strahlt. Die hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen sind dazu in der Lage, die Informationen des spektralen Fingerabdrucks mehrerer Charakteristika einer Probe zu extrahieren und diese Informationen in eine detektierbare Ausgabe im Hinblick auf die Gesamteigenschaften des interessierenden überwachten Materials umzuwandeln. Das heißt, dass durch geeignete Konfigurationen der optischen Rechenvorrichtungen elektromagnetische Strahlung, die mit interessierenden Charakteristika verknüpft ist, von elektromagnetischer Strahlung getrennt werden kann, die mit allen anderen Komponenten des interessierenden Materials verknüpft ist, um die Eigenschaften der überwachten Substanz (z. B. einer Verunreinigung) in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit, besonders durch einen synergistischen Betrieb des einen oder der mehreren ICEs und des einen oder der mehreren BASFs, umfassend die optischen Rechenvorrichtungen, abzuschätzen.In the optical computing devices described herein, electromagnetic radiation is used to perform calculations, unlike the hardwired circuits of conventional electronic processors. When electromagnetic radiation interacts with a sample, unique physical and chemical information about the sample can be encoded in the electromagnetic radiation that is reflected from or transmitted through or emanating from an optical pathway comprising the sample. The optical computing devices described herein are capable of extracting the information of the spectral fingerprint of a plurality of characteristics of a sample and converting that information into a detectable output in view of the overall characteristics of the monitored material of interest. That is, by appropriate configurations of the optical computing devices, electromagnetic radiation associated with characteristics of interest may be separated from electromagnetic radiation associated with all other components of the material of interest to enhance the properties of the monitored substance (e.g. Contamination) in real time or near real time, particularly by synergistic operation of the one or more ICEs and the one or more BASFs comprising the optical computing devices.

Die Verarbeitungselemente, die in den beispielhaften hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen verwendet werden, können als integrierte Rechenelemente (ICE) gekennzeichnet sein. Jedes ICE ist dazu in der Lage, elektromagnetische Strahlung, die mit einer Probe in einem optischen Strahlengang optisch interagiert hat, von anderer elektromagnetischer Strahlung zu unterscheiden. In Bezug auf 1 wird ein beispielhaftes ICE 100 veranschaulicht, das zur Verwendung in den optischen Rechenvorrichtungen geeignet ist, die in den hierin beschriebenen Systemen und Verfahren verwendet werden. Wie veranschaulicht, kann das ICE 100 eine Vielzahl sich abwechselnder Schichten 102 und 104, wie etwa jeweils Silicium (Si) und SiO2 (Quarz), einschließen. Im Allgemeinen bestehen diese Schichten 102, 104 aus Materialien, deren Brechungsindex jeweils hoch und niedrig ist. Andere Beispiele können Nioboxid und Niob, Germanium und Germaniumoxid, MgF, SiOx und andere Materialien mit einem hohen und niedrigen Index einschließen, die in der Technik bekannt sind. Die Schichten 102, 104 können strategisch auf einem optischen Substrat 106 abgelagert werden. In einigen Ausführungsformen ist das optische Substrat 106 optisches BK-7-Glas. In anderen Ausführungsformen kann das optische Substrat 106 eine andere Art eines optischen Substrats sein, wie etwa Quarz, Saphir, Silicium, Germanium, Zinkselenid, Zinksulfid oder verschiedene Kunststoffe, wie etwa Polycarbonat, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylchlorid (PVC), Diamant, Keramik, Kombinationen davon und dergleichen.The processing elements used in the exemplary optical computing devices described herein may be characterized as integrated computing elements (ICE). Each ICE is capable of detecting electromagnetic radiation that is optical with a sample in an optical beam path has interacted to distinguish from other electromagnetic radiation. In relation to 1 becomes an exemplary ICE 100 which is suitable for use in the optical computing devices used in the systems and methods described herein. As illustrated, the ICE 100 a variety of alternating layers 102 and 104 , such as silicon (Si) and SiO 2 (quartz), respectively. In general, these layers exist 102 . 104 made of materials whose refractive index is high and low. Other examples may include niobium oxide and niobium, germanium and germanium oxide, MgF, SiO x, and other high and low index materials known in the art. The layers 102 . 104 can strategically on an optical substrate 106 be deposited. In some embodiments, the optical substrate is 106 optical BK-7 glass. In other embodiments, the optical substrate 106 another type of optical substrate such as quartz, sapphire, silicon, germanium, zinc selenide, zinc sulfide or various plastics such as polycarbonate, polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), diamond, ceramics, combinations thereof and the like.

An dem gegenüberliegenden Ende (z. B. gegenüber dem optischen Substrat 106 in 1) kann das ICE 100 eine Schicht 108 einschließen, die im Allgemeinen gegenüber der Umgebung der Vorrichtung oder Installation freigelegt ist. Die Anzahl der Schichten 102, 104 und die Dicke jeder Schicht 102, 104 werden aus den spektralen Attributen bestimmt, die aus einer spektroskopischen Analyse eines interessierenden Charakteristikums unter Verwendung eines herkömmlichen spektroskopischen Instruments erworben werden. Das interessierende Spektrum eines gegebenen interessierenden Charakteristikums schließt üblicherweise eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Wellenlängen ein. Es versteht sich, dass das beispielhafte ICE 100 in 1 eigentlich kein bestimmtes interessierendes Charakteristikum darstellt, sondern lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung bereitgestellt wird. Folglich weisen die Anzahl der Schichten 102, 104 und ihre jeweiligen Dicken, wie in 1 gezeigt, keine Korrelation zu einem bestimmten interessierenden Charakteristikum auf. Die Schichten 102, 104 und ihre jeweiligen Dicken sind auch nicht zwingend maßstabsgetreu gezeichnet und sollten demnach nicht als Einschränkung der vorliegenden Offenbarung angesehen werden. Zudem wird ein Fachmann ohne Weiteres erkennen, dass die Materialien, die jede Schicht 102, 104 ausmachen (d. h. Si und SiO2) in Abhängigkeit von der Anwendung, den Materialkosten und/oder der Anwendbarkeit der Materialien für die überwachte Substanz variieren können.At the opposite end (eg, opposite the optical substrate 106 in 1 ) can the ICE 100 a layer 108 which is generally exposed to the environment of the device or installation. The number of layers 102 . 104 and the thickness of each layer 102 . 104 are determined from the spectral attributes acquired from a spectroscopic analysis of a characteristic of interest using a conventional spectroscopic instrument. The spectrum of interest of a given characteristic of interest usually includes any number of different wavelengths. It is understood that the exemplary ICE 100 in 1 actually does not represent a particular characteristic of interest, but is provided merely for the purpose of illustration. Consequently, the number of layers indicate 102 . 104 and their respective thicknesses, as in 1 showed no correlation to any particular characteristic of interest. The layers 102 . 104 and their respective thicknesses are not necessarily drawn to scale and therefore should not be construed as limiting the present disclosure. In addition, a person skilled in the art will readily recognize that the materials used in each layer 102 . 104 may vary (ie, Si and SiO 2 ) depending on the application, material cost, and / or applicability of the materials for the monitored substance.

In einigen Ausführungsformen kann das Material von jeder Schicht 102, 104 dotiert werden oder zwei oder mehr Materialien können auf eine Weise kombiniert werden, um das gewünschte optische Charakteristikum zu erreichen. Zusätzlich zu Feststoffen kann das beispielhafte ICE 100 außerdem Flüssigkeiten und/oder Gase, gegebenenfalls in Kombination mit Feststoffen, enthalten, um ein gewünschtes optisches Charakteristikum zu erzeugen. Im Falle von Gasen und Flüssigkeiten kann das ICE 100 ein entsprechendes Gefäß (nicht gezeigt) enthalten, welches die Gase oder Flüssigkeiten aufnimmt. Beispielhafte Variationen des ICE 100 können außerdem holographische optische Elemente, Gitter, Piezoelektrik, eine Lichtröhre, eine digitale Lichtröhre (DLP), Molekularfaktorvorrichtungen, variable optische Dämpfer und/oder akustooptische Elemente einschließen, die zum Beispiel eine Übertragung, Reflexion und/oder Absorptionseigenschaften eines interessierenden Materials oder einer Verunreinigung erzeugen können.In some embodiments, the material of each layer 102 . 104 or two or more materials can be combined in a manner to achieve the desired optical characteristic. In addition to solids, the exemplary ICE 100 also containing liquids and / or gases, optionally in combination with solids, to produce a desired optical characteristic. In the case of gases and liquids, the ICE 100 a corresponding vessel (not shown) containing the gases or liquids. Exemplary variations of the ICE 100 In addition, holographic optical elements, gratings, piezoelectrics, a light tube, a digital light tube (DLP), molecular factor devices, variable optical attenuators, and / or acousto-optic elements can be used to produce, for example, transmission, reflection, and / or absorption properties of a material of interest or contaminant can.

Die mehreren Schichten 102, 104 weisen unterschiedliche Brechungsindizes auf. Indem die Materialien der Schichten 102, 104 und ihre jeweiligen Dicken und Abstände ordnungsgemäß ausgewählt werden, kann das ICE 100 konfiguriert sein, um vorher festgelegte Fraktionen elektromagnetischer Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen selektiv weiterzuleiten/zu reflektieren/zu brechen. Jede Wellenlänge wird mit einem vorher festgelegten Gewichtungs- oder Beladungsfaktor versehen. Die Dicke und der Abstand der Schichten 102, 104 können unter Verwendung einer Vielzahl von Näherungsverfahren aus dem Spektrographen des interessierenden Charakteristikums bestimmt werden. Diese Verfahren können eine inverse Fourier-Transformation (IFT) des optischen Übertragungsspektrums und eine Strukturierung des ICE 100 als die physikalische Darstellung der IFT einschließen. Durch die Näherungen wird die IFT auf Grundlage bekannter Materialien mit konstanten Brechungsindizes in eine Struktur umgewandelt.The several layers 102 . 104 have different refractive indices. By the materials of the layers 102 . 104 and their respective thicknesses and distances can be selected properly, the ICE 100 be configured to selectively forward / reflect / fracture predetermined fractions of electromagnetic radiation having different wavelengths. Each wavelength is given a predetermined weighting or loading factor. The thickness and the distance of the layers 102 . 104 can be determined using a variety of approximation methods from the spectrograph of the characteristic of interest. These methods can be an inverse Fourier transform (IFT) of the optical transmission spectrum and a structuring of the ICE 100 as the physical representation of the IFT. The approximations transform the IFT into a structure based on known materials with constant refractive indices.

Die Gewichtungen, die für die Schichten 102, 104 des ICE 100 bei jeder Wellenlänge angewendet werden, werden auf die Regressionsgewichtungen eingestellt, die in Bezug auf eine bekannte Gleichung, oder Daten oder eine Spektralsignatur beschrieben werden. Kurz gesagt, kann das ICE 100 konfiguriert sein, um das Skalarprodukt des Eingangslichtstrahls in das ICE 100 und einen gewünschten geladenen Regressionsvektor, der durch jede Schicht 102, 104 für jede Wellenlänge dargestellt wird, auszuführen. Infolgedessen wird die integrierte Ausgangslichtintensität des ICE 100 mit dem interessierenden Charakteristikum in Zusammenhang gebracht.The weights that apply to the layers 102 . 104 of the ICE 100 are applied at each wavelength, are set to the regression weights described with respect to a known equation, or data or spectral signature. In short, the ICE 100 be configured to the scalar product of the input beam into the ICE 100 and a desired charged regression vector passing through each layer 102 . 104 is displayed for each wavelength. As a result, the integrated output light intensity of the ICE 100 associated with the characteristic of interest.

Der BASF der vorliegenden Offenbarung kann an einer beliebigen Stelle in dem optischen Strahlengang, nachfolgend ausführlicher beschrieben, verwendet werden, um elektromagnetische Streustrahlung zu reflektieren, wodurch das Signal in dem optischen Strahlengang in Bezug auf die Probe oder das interessierende Charakteristikum der Probe verbessert wird, die von einem Detektor empfangen wird. Im Besonderen überträgt der BASF elektromagnetische Strahlung und reflektiert eine oder mehrere Streulichtreflexionen mit Winkeln, die nicht mit einem Zieleinfallswinkel übereinstimmen. Zusätzlich kann, da der Brechungsindex vieler Arten von Proben gegenüber der Wellenlänge möglicherweise nicht äußerst empfindlich ist, der Zieleinfallswinkel für ein breites Band von Frequenzen unter Verwendung des gleichen BASF gleich sein. Der BASF reflektiert die gesamte oder im Wesentlichen die gesamte elektromagnetische Strahlung, die sich in Winkeln ausbreitet, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“ größtenteils, jedoch nicht notwendigerweise vollständig. The BASF of the present disclosure can be used anywhere in the optical path, described in more detail below, to reflect scattered electromagnetic radiation, thereby improving the signal in the optical path with respect to the sample or the characteristic of interest of the sample which is received by a detector. In particular, BASF transmits electromagnetic radiation and reflects one or more scattered light reflections at angles that do not match a target angle of incidence. In addition, since the refractive index of many types of samples may not be extremely sensitive to wavelength, the target angle of incidence may be the same for a broad band of frequencies using the same BASF. BASF reflects all or substantially all of the electromagnetic radiation that propagates at angles that do not match the target angle of incidence. As used herein, the term "substantially" means mostly, but not necessarily completely.

Ein beliebiger BASF kann in dem optischen Strahlengang gemäß den Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Fähigkeit eines BASF zum Reflektieren von Streulicht und zum Übertragen von Signalen mit einem Zieleinfallswinkel, größtenteils von dem Vorhandensein optischer Bandlücken in dem BASF, die eine Lichtausbreitung bei bestimmten Frequenzen verhindern und ihrer Übertragung mit einem Einfallswinkel, und der Fähigkeit von photonischen Heterostrukturen zum Erweitern derartiger Bandlücken abhängen. Wie hierin verwendet, beziehen sich der Begriff „Bandlücke“ und grammatische Varianten davon auf Bereiche von Photonenfrequenzen, in denen keine Photonen durch ein Material übertragen werden können. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „photonische Heterostrukturen“ (oder lediglich „Heterostrukturen“) auf ein Stapeln photonischer Materialien (z. B. photonischer Kristalle), die unterschiedliche optische Brechungsindizes aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Heterostrukturen unter Verwendung von Viertelwellenstapeln geformt werden, die variierende Brechungsindizes aufweisen und hinsichtlich der Dicke jeweils einem Viertel einer optischen Wellenlänge entsprechen.Any BASF may be used in the optical path in accordance with the methods of the present disclosure. In some embodiments, the ability of a BASF to reflect stray light and transmit signals having a target angle of incidence, largely from the presence of optical band gaps in the BASF, can prevent light propagation at certain frequencies and their transmission at an angle of incidence, and the ability of photonic Heterostructures depend on expanding such bandgaps. As used herein, the term "bandgap" and grammatical variants thereof refer to regions of photon frequencies in which photons can not be transmitted through a material. As used herein, the term "photonic heterostructures" (or merely "heterostructures") refers to stacking of photonic materials (eg, photonic crystals) having different optical refractive indices. In some embodiments, the heterostructures described herein may be formed using quarter wave stacks having varying refractive indices and each corresponding in thickness to one quarter of an optical wavelength.

Der „Brechungsindex“ eines Materials (z. B. einer interessierenden Probe) eines optischen Mediums ist eine dimensionslose Zahl, die beschreibt, wie viel elektromagnetische Strahlung gebeugt oder gebrochen wird, während sie sich durch ein Material ausbreitet. Der Brechungsindex (n) eines Materials wird durch Gleichung 1:

Figure DE112015006166T5_0002
bestimmt, wobei ∊r die relative Permittivität des Materials ist und μr die relative Permeabilität des Materials ist. Die relative Permittivität und die relative Permeabilität eines Materials sind von der Frequenz und demnach von der Wellenlänge abhängig. Üblicherweise ist die relative Permeabilität eines Materials bei optischen Frequenzen (obwohl nicht immer) für die meisten natürlich vorkommenden Materialien im Wesentlichen gleich eins (die ganze Zahl 1) und dementsprechend können die variablen Brechungsindizes des photonischen Materials (z. B. photonischer Kristall) in den hierin beschriebenen Heterostrukturen im Wesentlichen oder vollständig auf der relativen Permittivität des Materials basieren.The "refractive index" of a material (eg, a sample of interest) of an optical medium is a dimensionless number that describes how much electromagnetic radiation is diffracted or refracted as it propagates through a material. The refractive index (n) of a material is given by Equation 1:
Figure DE112015006166T5_0002
where ε r is the relative permittivity of the material and μ r is the relative permeability of the material. The relative permittivity and the relative permeability of a material depend on the frequency and thus on the wavelength. Typically, the relative permeability of a material at optical frequencies is (although not always) substantially equal to one (the integer 1) for most naturally occurring materials, and accordingly, the variable indices of refraction of the photonic material (eg, photonic crystal) in the heterostructures described herein are substantially or entirely based on the relative permittivity of the material.

In Bezug auf 2 wird nun eine repräsentative photonische Heterostruktur 200 veranschaulicht, die verwendet werden kann, um die BASFs der vorliegenden Offenbarung zu formen. Die Heterostruktur 200 ist aus sich abwechselnden Schichten eines photonischen Materials 204 mit hohem Index und eines photonischen Materials 206 mit niedrigem Index geformt. Wie durch die gestrichelten Linien 208 abgebildet, kann die Anzahl der Schichten eines photonischen Materials 204 mit hohem Index und eines photonischen Materials 206 mit niedrigem Index in Abhängigkeit von der Gestaltung der Heterostruktur 200 variieren. Zum Beispiel können die Schichten der Heterostruktur 200 mehr als etwa 5 Doppelschichten umfassen, wobei eine Doppelschicht eine Schicht eines Materials 204 mit hohem Index und eine Schicht eines Materials 206 mit niedrigem Index einschließt. Das heißt, dass die Anzahl der Doppelschichten gemäß den Verfahren der vorliegenden Offenbarung nicht begrenzt ist. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl der Doppelschichten in dem Viertelwellenstapel 202 zwischen einer Untergrenze von etwa 5 Doppelschichten, 10 Doppelschichten, 20 Doppelschichten, 30 Doppelschichten, 40 Doppelschichten, 50 Doppelschichten, 60 Doppelschichten, 70 Doppelschichten, 80 Doppelschichten, 90 Doppelschichten, 100 Doppelschichten, 110 Doppelschichten, 120 Doppelschichten, 130 Doppelschichten, 140 Doppelschichten, 150 Doppelschichten, 160 Doppelschichten, 170 Doppelschichten, 180 Doppelschichten, 190 Doppelschichten, 200 Doppelschichten, 210 Doppelschichten, 220 Doppelschichten, 230 Doppelschichten, 240 Doppelschichten und 250 Doppelschichten und einer Obergrenze von etwa 500 Doppelschichten, 490 Doppelschichten, 480 Doppelschichten, 470 Doppelschichten, 460 Doppelschichten, 450 Doppelschichten, 440 Doppelschichten, 430 Doppelschichten, 420 Doppelschichten, 410 Doppelschichten, 400 Doppelschichten, 390 Doppelschichten, 380 Doppelschichten, 370 Doppelschichten, 360 Doppelschichten, 350 Doppelschichten, 340 Doppelschichten, 330 Doppelschichten, 320 Doppelschichten, 310 Doppelschichten, 300 Doppelschichten, 290 Doppelschichten, 280 Doppelschichten, 270 Doppelschichten, 260 Doppelschichten und 250 Doppelschichten liegen, wobei ein beliebiger Wert und eine beliebige Teilmenge, gerade oder ungerade, dazwischen eingeschlossen werden. In einigen Ausführungsformen kann jede der Schichten oder Doppelschichten zusätzlich Doppelschichten umfassen, um die Bandlücken, die für einen bestimmten BASF, umfassend die Heterostruktur 200, gewünscht sind, weiter zu verfeinern.In relation to 2 becomes a representative photonic heterostructure 200 which may be used to form the BASFs of the present disclosure. The heterostructure 200 is made up of alternating layers of a photonic material 204 high index and a photonic material 206 shaped with low index. As by the dashed lines 208 Shown, the number of layers of a photonic material 204 high index and a photonic material 206 low index depending on the design of the heterostructure 200 vary. For example, the layers of the heterostructure 200 more than about 5 bilayers, with a bilayer comprising a layer of material 204 high index and a layer of a material 206 with low index. That is, the number of bilayers is not limited according to the methods of the present disclosure. In some embodiments, the number of bilayers in the quarter-wave stack 202 between a lower limit of about 5 bilayers, 10 bilayers, 20 bilayers, 30 bilayers, 40 bilayers, 50 bilayers, 60 bilayers, 70 bilayers, 80 bilayers, 90 bilayers, 100 bilayers, 110 bilayers, 120 bilayers, 130 bilayers, 140 bilayers, 150 bilayers, 160 bilayers, 170 bilayers, 180 bilayers, 190 bilayers, 200 bilayers, 210 bilayers, 220 bilayers, 230 bilayers, 240 bilayers and 250 bilayers and an upper limit of about 500 bilayers, 490 bilayers, 480 bilayers, 470 bilayers, 460 Double layers, 450 bilayers, 440 bilayers, 430 bilayers, 420 bilayers, 410 bilayers, 400 bilayers, 390 bilayers, 380 bilayers, 370 bilayers, 360 bilayers, 350 bilayers, 340 bilayers, 330 bilayers, 320 bilayers . There are 310 bilayers, 300 bilayers, 290 bilayers, 280 bilayers, 270 bilayers, 260 bilayers, and 250 bilayers, with any value and any subset, even or odd, trapped therebetween. In some embodiments, each of the layers or bilayers may additionally comprise bilayers to cover the band gaps for a particular BASF comprising the heterostructure 200 , are desired to refine further.

Wenn eine steigende Anzahl von Doppelschichten mit photonischem Material 204 mit hohem Index und photonischem Material 206 mit niedrigem Index hinzugefügt wird, wird die Übertragung bestimmter Einfallswinkel von elektromagnetischer Strahlung verringert, wodurch die Reflexion dieser Einfallswinkel erhöht wird. Wie abgebildet, umfasst die Heterostruktur 200 sich abwechselnde Schichten von Doppelschichten mit photonischem Material 204 mit hohem Index und photonischem Material 206 mit niedrigem Index; jedoch kann die Heterostruktur 200 in anderen Ausführungsformen Schichten mit photonischem Material (oder Doppelschichten oder Schichten, umfassend eine oder mehrere Doppelschichten) aufweisen, die eine geometrische Reihe von Brechungsindizes darstellen, sodass die Brechungsindizes der Schichten geometrisch zu- oder abnehmen, wodurch außerdem die Bandlücke für bestimmte Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung modifiziert wird.When an increasing number of bilayers with photonic material 204 high index and photonic material 206 with low index is added, the transmission of certain angles of incidence of electromagnetic radiation is reduced, whereby the reflection of these angles of incidence is increased. As shown, the heterostructure includes 200 alternating layers of bilayers with photonic material 204 high index and photonic material 206 with low index; however, the heterostructure may be 200 In other embodiments, layers of photonic material (or bilayers or layers comprising one or more bilayers) that represent a geometric series of refractive indices such that the refractive indices of the layers geometrically increase or decrease thereby further modifying the bandgap for particular wavelengths of electromagnetic radiation becomes.

Wie abgebildet, schließt die Heterostruktur 200 1:1 Stapel (d. h. Doppelschichten) ein, die eine gleiche Dicke, wie etwa eine gleiche optische Dicke (z. B. ein Viertel einer optischen Wellenlänge hinsichtlich der Dicke) aufweisen. Jedoch kann auch eine Stapelung höherer Ordnung zur Verwendung als der BASF der vorliegenden Offenbarung geeignet sein. Zum Beispiel kann eine 2:1 oder 3:1 Stapelung für photonisches Material 204 mit hohem Index:photonischem Material 206 mit niedrigem Index oder für photonisches Material 206 mit niedrigem Index:photonischem Material 204 mit hohem Index geeignet sein. Eine andere Stapelung höherer Ordnung kann ebenfalls eingesetzt werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zudem kann die doppelte oder dreifache Stapelung einer Art von photonischem Material quasi eine einzige Schicht mit einer erhöhten Dicke sein. Bei diesen Stapeln höherer Ordnung kann das Verhältnis zwischen der optischen Dicke von photonischem Material mit hohem Index und photonischem Material mit niedrigem Index in ganzzahligen Vielfachen eingestellt werden, wie etwa indem die Dicke des photonischen Materials mit hohem Index verringert wird, während die gewünschten spektralen Bandlücken bewahrt werden.As illustrated, the heterostructure excludes 200 1: 1 stacks (ie, bilayers) having an equal thickness, such as an equal optical thickness (e.g., one quarter of an optical wavelength in thickness). However, a higher order stack may also be suitable for use as the BASF of the present disclosure. For example, a 2: 1 or 3: 1 stack for photonic material 204 high index: photonic material 206 with low index or for photonic material 206 low index: photonic material 204 be suitable with a high index. Another higher order stack may also be employed without departing from the scope of the present disclosure. In addition, the double or triple stacking of one type of photonic material can be virtually a single layer of increased thickness. For these higher order stacks, the ratio between the optical thickness of high index photonic material and low index photonic material can be adjusted in integer multiples, such as by decreasing the thickness of the high index photonic material while preserving the desired spectral bandgaps become.

In einigen Ausführungsformen können die Größe, Dicke oder Form von zwei benachbarten photonischen Materialien in einer Heterostruktur, die einen BASF gemäß der vorliegenden Offenbarung formt, variiert werden, um eine gewünschte Bandlücke zu erreichen. Zum Beispiel (nicht gezeigt) kann eine zweite Schicht A so angeordnet sein, dass sie eine kleinere Größe aufweist als eine erste und dritte Schicht B, welche die Schicht A umgeben. Die zweite Schicht A kann eine photonische Bandlücke aufweisen, die innerhalb der photonischen Bandlücke der ersten und dritten Schicht B liegt. Dementsprechend wird elektromagnetische Strahlung, die eine Wellenlänge außerhalb der Bandlücke von Schicht A, aber innerhalb der Bandlücke von Schicht B aufweist, durch die Schicht B reflektiert und demnach innerhalb von Schicht A zurückgehalten.In some embodiments, the size, thickness, or shape of two adjacent photonic materials in a heterostructure that forms a BASF according to the present disclosure may be varied to achieve a desired bandgap. For example (not shown), a second layer A may be arranged to be smaller in size than a first and third layer B surrounding the layer A. The second layer A may have a photonic bandgap that is within the photonic bandgap of the first and third layers B. Accordingly, electromagnetic radiation having a wavelength outside the band gap of layer A but within the band gap of layer B is reflected by layer B and thus retained within layer A.

In einigen Ausführungsformen kann das Material, das die Schichten der Heterostruktur 200 zum Formen des BASF formt, ein beliebiges photonisches Kristallmaterial, einschließend isotropes und anisotropes Material, sein, das in Bezug aufeinander in den Schichten, welche die Heterostruktur 200 formen, abwechselnd oder auf andere Weise angeordnet werden kann. Die photonischen Kristallschichten können unter anderem eine Verbindung auf Siliciumbasis (z. B. Siliciumdioxid, Silicium und dergleichen), eine Verbindung auf Tantalbasis (z. B. Tantalpentoxid), eine Halbleiterverbindung der Gruppe III–V (z. B. Galliumarsenid, Indiumgalliumarsenid, Indiumphosphid und dergleichen), eine Metallverbindung der Gruppe IVB (z. B. Titanoxid, Hafniumoxid, Zirconiumoxid und dergleichen), ein Dielektrikum und eine beliebige Kombination davon einschließen.In some embodiments, the material comprising the layers of the heterostructure 200 Forming the BASF forms any photonic crystal material, including isotropic and anisotropic material, that is in relation to each other in the layers containing the heterostructure 200 forms, can be arranged alternately or otherwise. The photonic crystal layers may include, but are not limited to, a silicon-based compound (eg, silica, silicon, and the like), a tantalum-based compound (eg, tantalum pentoxide), a Group III-V compound semiconductor (eg, gallium arsenide, indium gallium arsenide, Indium phosphide and the like), a Group IVB metal compound (e.g., titanium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, and the like), a dielectric, and any combination thereof.

In Bezug auf 3A wird nun ein Blockdiagramm veranschaulicht, das nichtmechanistisch veranschaulicht, wie eine optische Rechenvorrichtung 300, dazu in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung in Bezug auf ein interessierendes Charakteristikum in einer Probe von anderer elektromagnetischer Strahlung zu unterscheiden, und wie ein BASF dazu in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel von elektromagnetischer Strahlung zu unterscheiden, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmt. Wie in 3A gezeigt, erzeugt eine Probe 302, nachdem sie mit elektromagnetischer Strahlung beleuchtet wurde, eine Ausgabe von elektromagnetischer Strahlung (z. B. mit der Probe interagierendes Licht), wovon ein Teil elektromagnetische Strahlung 304 ist, die dem interessierenden Charakteristikum entspricht und durch einen Zieleinfallswinkel gekennzeichnet ist, und wovon ein Teil elektromagnetische Hintergrundstrahlung 306 ist, die anderen Charakteristika der Probe 302 oder anderer elektromagnetischer Hintergrundstrahlung entsprechen kann.In relation to 3A Now, a block diagram will be illustrated that does not mechanistically illustrate how an optical computing device 300 is capable of discriminating electromagnetic radiation with respect to a characteristic of interest in a sample from other electromagnetic radiation, and how a BASF is capable of distinguishing electromagnetic radiation having a target angle of incidence of electromagnetic radiation other than the electromagnetic field Target incidence angle matches. As in 3A shown, generates a sample 302 after being illuminated with electromagnetic radiation, an output of electromagnetic radiation (eg, light interacting with the sample), part of which is electromagnetic radiation 304 which corresponds to the characteristic of interest and is characterized by a target angle of incidence, and part of which is background electromagnetic radiation 306 is, the other characteristics of the sample 302 or other electromagnetic background radiation.

Das mit der Probe interagierende Licht 304 und 306 kann in einigen Ausführungsformen auf einen ersten BASF 308 (mit gestrichelten Linien gezeigt) treffen. Der erste BASF 308 kann es dem mit der Probe interagierenden Licht 304, das dem interessierenden Charakteristikum entspricht und mit dem Zieleinfallswinkel, ermöglichen, dahindurch übertragen zu werden, während das Licht 306, das nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmt, reflektiert wird, wodurch das reflektierte Licht 306a gebildet und von der optischen Rechenvorrichtung 300 weggelenkt wird. Dementsprechend kann der erste BASF 308 in der optischen Rechenvorrichtung 300 eingesetzt werden, um die optischen Wellenlängen und/oder Bandbreiten des Systems zu begrenzen, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen, wodurch ungewollte elektromagnetische Strahlung beseitigt wird, die in Wellenlängenbereichen vorliegt, die keine Bedeutung haben. The light interacting with the sample 304 and 306 may in some embodiments refer to a first BASF 308 (shown with dashed lines) meet. The first BASF 308 it can be the light interacting with the sample 304 , which corresponds to the interesting characteristic and with the target angle of incidence, allow to be transmitted therethrough while the light 306 , which does not coincide with the target angle of incidence, which reflects the reflected light 306a formed and of the optical computing device 300 is diverted away. Accordingly, the first BASF 308 in the optical computing device 300 can be used to limit the optical wavelengths and / or bandwidths of the system that do not coincide with the target angle of incidence, thereby eliminating unwanted electromagnetic radiation present in wavelength ranges that are meaningless.

Die Strahlen von elektromagnetischer Strahlung 304 mit dem Zieleinfallswinkel treffen, wenn der erste BASF 308 eingesetzt wird, auf die optische Rechenvorrichtung 300 auf, welche darin ein beispielhaftes ICE 310 enthält. In der veranschaulichten Ausführungsform kann das ICE 310 konfiguriert sein, um das mit der Probe interagierende Licht 304 zu verarbeiten und die modifizierte elektromagnetische Strahlung 312 und 314 zu erzeugen. Die modifizierte elektromagnetische Strahlung 312 entspricht einem Zieleinfallswinkel und die modifizierte elektromagnetische Strahlung 314 entspricht elektromagnetischer Strahlung (oder lediglich „Licht“, wie hierin verwendet), die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmt. In einigen Ausführungsformen kann der Zieleinfallswinkel von dem mit der Probe interagierenden Licht 304 und der modifizierten elektromagnetischen Strahlung 312 gleich oder unterschiedlich sein, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „modifizierte elektromagnetische Strahlung“ auf elektromagnetische Strahlung, die sowohl mit einer Probe als auch einem ICE in einer beliebigen Reihenfolge optisch interagiert hat. Zum Beispiel kann, wie in 3B und in fortgesetztem Bezug auf 3A gezeigt, die optische Rechenvorrichtung 301 in einigen Fällen so konfiguriert sein, dass das ICE 310 vor der Probe 302 in einem optischen Strahlengang lokalisiert werden kann, wobei die elektromagnetische Strahlung 304 zunächst mit dem ICE 310 optisch interagiert, um optisch interagierende Strahlung (z. B. mit dem ICE interagierendes Licht) in einem optischen Strahlengang zu generieren, wovon ein Teil elektromagnetische Strahlung 304 ist, die dem interessierenden Charakteristikum entspricht und durch einen Zieleinfallswinkel gekennzeichnet ist, und wovon ein Teil elektromagnetische Hintergrundstrahlung 306 ist, die anderen Charakteristika der Probe 302 oder anderer elektromagnetischer Hintergrundstrahlung entsprechen kann. Dann interagiert die optisch interagierende Strahlung optisch mit der Probe 302, um die modifizierte elektromagnetische Strahlung 312, 314 in dem optischen Strahlengang zu generieren. Ein oder mehrere BASFs (zwei gezeigt) 308, 316 können zusätzlich in dem optischen Strahlengang positioniert sein, um das Licht 306a, 314a an verschiedenen Punkten entlang des optischen Strahlengangs zu reflektieren. Die modifizierte elektromagnetische Strahlung 312 kann zu dem Detektor 318 befördert werden. In anderen Ausführungsformen, wie in 3A gezeigt, wird das ICE 310 in dem optischen Strahlengang nach der Probe 302 lokalisiert, wobei die elektromagnetische Strahlung 304 zunächst optisch mit der Probe 302 interagiert, um optisch interagierende Strahlung (z. B. mit der Probe interagierendes Licht) zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit dem ICE 310 optisch interagiert, um die modifizierte elektromagnetische Strahlung 312, 314 in dem optischen Strahlengang zu generieren. Das heißt, dass die Anordnung der Probe 302 in Bezug auf das ICE 310 in dem optischen Strahlengang nicht einschränkend ist und nicht die Fähigkeit der optischen Rechenvorrichtung 300 zum Detektieren eines interessierenden Charakteristikums der Probe 302 beeinträchtigt.The rays of electromagnetic radiation 304 meet with the target angle of incidence when the first BASF 308 is used on the optical computing device 300 which is an exemplary ICE in it 310 contains. In the illustrated embodiment, the ICE 310 be configured to light interacting with the sample 304 to process and the modified electromagnetic radiation 312 and 314 to create. The modified electromagnetic radiation 312 corresponds to a target angle of incidence and the modified electromagnetic radiation 314 corresponds to electromagnetic radiation (or merely "light" as used herein) that does not match the target angle of incidence. In some embodiments, the target angle of incidence may be from the light interacting with the sample 304 and the modified electromagnetic radiation 312 may be the same or different without departing from the scope of the present disclosure. As used herein, the term "modified electromagnetic radiation" refers to electromagnetic radiation that has optically interacted with both a sample and an ICE in any order. For example, as in 3B and in continued relation to 3A shown the optical computing device 301 in some cases be configured to use the ICE 310 before the rehearsal 302 can be located in an optical beam path, wherein the electromagnetic radiation 304 first with the ICE 310 interacts optically to generate optically interacting radiation (eg, light interacting with the ICE) in an optical beam path, part of which is electromagnetic radiation 304 which corresponds to the characteristic of interest and is characterized by a target angle of incidence, and part of which is background electromagnetic radiation 306 is, the other characteristics of the sample 302 or other electromagnetic background radiation. Then the optically interacting radiation optically interacts with the sample 302 to the modified electromagnetic radiation 312 . 314 to generate in the optical beam path. One or more BASFs (two shown) 308 . 316 may additionally be positioned in the optical path to the light 306a . 314a to reflect at different points along the optical path. The modified electromagnetic radiation 312 can go to the detector 318 to get promoted. In other embodiments, as in 3A shown, the ICE 310 in the optical path after the sample 302 localized, the electromagnetic radiation 304 initially visually with the sample 302 interacts to generate optically interacting radiation (eg, light interacting with the sample) and then the optically interacting radiation with the ICE 310 optically interacts with the modified electromagnetic radiation 312 . 314 to generate in the optical beam path. That is, the arrangement of the sample 302 in relation to the ICE 310 is not limiting in the optical beam path and not the ability of the optical computing device 300 for detecting a characteristic of interest of the sample 302 impaired.

Wie in 3A gezeigt, kann in einigen Ausführungsformen ein zweiter BASF 316 in dem optischen Strahlengang nach dem ICE 310 positioniert sein, um die modifizierte elektromagnetische Strahlung 312 zu übertragen, die den Zieleinfallswinkel aufweist und um die modifizierte elektromagnetische Strahlung 314 zu reflektieren, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmt, wodurch das reflektierte Licht 314a gebildet und von einem Detektor 318 weggelenkt wird. Der erste BASF 308 und der zweite BASF 316 können im Wesentlichen oder vollständig gleich (z. B. aus dem gleichen Material, mit der gleichen Schichtgröße, auf den gleichen Zieleinfallswinkel abgestimmt und dergleichen) oder im Wesentlichen unterschiedlich sein, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die Art des ausgewählten BASF kann von dem Zieleinfallswinkel abhängen, der an einer bestimmten Stelle in dem optischen Strahlengang gewünscht ist, welcher selbst von der Art der Probe 302, dem interessierenden Charakteristikum der Probe 302, der Reihenfolge des Kontakts elektromagnetischer Strahlung mit den verschiedenen Komponenten der optischen Rechenvorrichtung 300 und dergleichen abhängen kann. Zudem kann der erste BASF 308 oder der zweite BASF 316 in dem optischen Strahlengang jeweils allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Zusätzlich können andere BASFs (z. B. 308, 316) an einer beliebigen Stelle in dem optischen Strahlengang lokalisiert werden, wie etwa um eine Feinabstimmung der Übertragung des Zieleinfallswinkels zu gewährleisten und Streulicht zu reflektieren, das nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmt. Zum Beispiel kann ein BASF in dem optischen Strahlengang, zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und eine beliebige Kombination davon lokalisiert werden.As in 3A In some embodiments, a second BASF 316 in the optical beam path after the ICE 310 be positioned to the modified electromagnetic radiation 312 to transmit, which has the target angle of incidence and the modified electromagnetic radiation 314 which does not coincide with the target angle of incidence, thereby reflecting the reflected light 314a formed and from a detector 318 is diverted away. The first BASF 308 and the second BASF 316 may be substantially or completely the same (eg of the same material, of the same layer size, tuned to the same target angle of incidence and the like) or substantially different without departing from the scope of the present disclosure. The type of BASF selected may depend on the target angle of incidence desired at a particular location in the optical path, which itself depends on the nature of the sample 302 , the interesting characteristic of the sample 302 , the order of contact of electromagnetic radiation with the various components of the optical computing device 300 and the like may depend. In addition, the first BASF 308 or the second BASF 316 are used in the optical beam path alone or in combination with each other. In addition, other BASFs (eg 308 . 316 ) at any location in the optical path, such as to ensure fine tuning of the transmission of the target angle of incidence, and to reflect stray light that does not coincide with the target angle of incidence. For example, a BASF in the optical path, between the electromagnetic radiation source and the sample, between the sample and the ICE, between the ICE and the detector, and any combination thereof.

Die modifizierte elektromagnetische Strahlung 312 kann für eine Analyse und Quantifizierung zu dem Detektor 318 befördert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Detektor 318 konfiguriert sein, um ein Ausgabesignal in Form einer Stromstärke oder Spannung zu erzeugen, das einem bestimmten Charakteristikum der Probe 302 entspricht. In mindestens einer Ausführungsform können das Signal, das von dem Detektor 318 erzeugt wird und das Charakteristikum der Probe 302 (z. B. Konzentration eines Analyten der Probe 302) direkt proportional sein. In anderen Ausführungsformen kann die Beziehung eine Polynomfunktion, eine Exponentialfunktion und/oder eine Logarithmusfunktion sein. Das reflektierte Streulicht 306a, 314a, welches mit anderen Charakteristika der Probe 302 oder nicht auf die Probe 302 bezogenem Licht in Zusammenhang stehen kann, kann von dem Detektor 318 weggelenkt werden. In alternativen Konfigurationen (nicht gezeigt) kann bzw. können das ICE 310 und/oder die BASFs 308, 316 so konfiguriert sein, dass das reflektierte optisch interagierende Licht 306a, 314a mit einem Charakteristikum der Probe 302 in Zusammenhang gebracht werden kann und die übertragene optisch interagierende und/oder modifizierte Strahlung 304, 312 mit einem anderen Charakteristikum der Probe 302 in Zusammenhang gebracht werden kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, und das reflektierte optisch interagierende Licht 306a, 314a kann zur Analyse und Quantifizierung zu einem zweiten Detektor (nicht gezeigt) befördert werden.The modified electromagnetic radiation 312 can for an analysis and quantification to the detector 318 to get promoted. In some embodiments, the detector may be 318 be configured to generate an output signal in the form of a current or voltage that a certain characteristic of the sample 302 equivalent. In at least one embodiment, the signal received from the detector 318 is generated and the characteristic of the sample 302 (eg concentration of an analyte of the sample 302 ) be directly proportional. In other embodiments, the relationship may be a polynomial function, an exponential function, and / or a logarithm function. The reflected scattered light 306a . 314a , which with other characteristics of the sample 302 or not to the test 302 related light may be from the detector 318 be diverted away. In alternative configurations (not shown), the ICE 310 and / or the BASFs 308 . 316 be configured so that the reflected optically interacting light 306a . 314a with a characteristic of the sample 302 can be related and the transmitted optically interacting and / or modified radiation 304 . 312 with another characteristic of the sample 302 , without departing from the scope of the present disclosure, and the reflected optically interacting light 306a . 314a may be conveyed to a second detector (not shown) for analysis and quantification.

In einigen Ausführungsformen kann das reflektierte optisch interagierende Licht 306a, 314a mit Charakteristika der Probe 302 in Zusammenhang stehen, die nicht interessant sind oder es kann in einigen Fällen Abweichungen hinsichtlich der Strahlung betreffen, einschließend zum Beispiel Intensitätsschwankungen hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung, Schwankungen einer Störsubstanz (z. B. Staub oder andere Störsubstanzen, die vor einer elektromagnetischen Strahlungsquelle vorbeigehen), Beschichtungen an Fenstern, die mit der optischen Rechenvorrichtung 300 eingeschlossen sind (z. B. Probenfenster), Kombinationen davon oder dergleichen.In some embodiments, the reflected optically interacting light 306a . 314a with characteristics of the sample 302 non-interesting or, in some cases, it may concern variations in radiation, including, for example, intensity variations in electromagnetic radiation, variations in an interfering substance (eg, dust or other interfering substances passing by an electromagnetic radiation source), Coatings on windows with the optical computing device 300 are included (eg sample windows), combinations thereof or the like.

Das interessierende Charakteristikum bzw. die interessierenden Charakteristika, das bzw. die unter Verwendung der optischen Rechenvorrichtung 300 analysiert wird bzw. werden, kann bzw. können ferner rechnerisch verarbeitet und/oder analysiert werden, um zusätzliche Charakterisierungsinformationen über die Probe 302 oder ein Analyt davon bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen können die Identifizierung und die Konzentration von einem oder mehreren Analyten einer Probe 302 verwendet werden, um bestimmte physikalische Charakteristika der Probe 202 oder des Analyten davon vorherzusagen. Zum Beispiel kann die Menge der Probe 202 beurteilt werden, um zum Beispiel zu bestimmen, ob sie innerhalb akzeptabler Grenzen vorliegt. Dementsprechend können, wenn eine oder mehrere optische Rechenvorrichtungen 300 gemäß den hierin enthaltenen Verfahren verwendet werden, um ein interessierendes Charakteristikum einer Probe 302 zu detektieren, unterschiedliche akzeptable Grenzbereiche für das eine Charakteristikum oder die mehreren Charakteristika gelten.The characteristic of interest or characteristics of interest, using the optical computing device 300 may be further analyzed and / or analyzed to provide additional characterization information about the sample 302 or to provide an analyte thereof. In some embodiments, the identification and concentration of one or more analytes of a sample 302 used to determine certain physical characteristics of the sample 202 or the analyte thereof. For example, the amount of sample 202 for example, to determine if it is within acceptable limits. Accordingly, if one or more optical computing devices 300 according to the methods contained herein, to obtain a characteristic of interest of a sample 302 detect different acceptable limits for the one or more characteristics.

In einigen Ausführungsformen kann die Größenordnung des interessierenden Charakteristikums, das unter Verwendung der optischen Rechenvorrichtung 300 bestimmt wird, in einen Algorithmus eingepflegt werden, der unter Computersteuerung arbeitet. Der Algorithmus kann konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob die Probe 302 oder das interessierende Charakteristikum der Probe 302 innerhalb programmierter akzeptabler Grenzen liegt, die in Abhängigkeit von einem bestimmten Betrieb beschränkt werden können. In einigen Ausführungsformen kann der Algorithmus eine Ausgabe erzeugen, die von einem Bediener lesbar ist, der bei Bedarf auf Grundlage der gemeldeten Ausgabe manuell geeignete Maßnahmen ergreifen kann. In einigen Ausführungsformen kann der Algorithmus den Bediener anweisen, wie eine Korrekturmaßnahme zu ergreifen ist (z. B. wie die Menge der Probe 302 oder des interessierenden Charakteristikums der Probe 302 in akzeptable Grenzen zu bringen ist). In anderen Ausführungsformen kann der Algorithmus eine proaktive Prozesssteuerung übernehmen (z. B. den Betrieb anhalten, eine Zusammensetzung, umfassend die Probe 302 oder ein interessierendes Charakteristikum der Probe 302, ändern und dergleichen). Es sollte bekannt sein, dass der Algorithmus (z. B. ein künstliches neuronales Netzwerk) unter Verwendung von Proben mit vorher festgelegten interessierenden Charakteristika trainiert werden kann und dadurch eine virtuelle Sammlung generiert wird. Wenn die virtuelle Sammlung, die für das künstliche neuronale Netzwerk verfügbar ist, größer wird, kann das neuronale Netzwerk besser dazu in der Lage sein, die Probe 302 oder das interessierende Charakteristikum der Probe 302 genau vorherzusagen. Ferner kann das künstliche neuronale Netzwerk, auch in Gegenwart von unbekannten Analyten, mit ausreichend Training genauer die Probe 302 oder das interessierende Charakteristikum der Probe 302 vorhersagen.In some embodiments, the magnitude of the characteristic of interest may be determined using the optical computing device 300 is determined to be incorporated into an algorithm that operates under computer control. The algorithm may be configured to determine if the sample 302 or the characteristic of interest of the sample 302 within programmed acceptable limits, which may be limited depending on a particular operation. In some embodiments, the algorithm may generate an output that is readable by an operator, who may manually take appropriate action based on the reported output as needed. In some embodiments, the algorithm may instruct the operator how to take a corrective action (eg, how much of the sample 302 or the characteristic of interest of the sample 302 within acceptable limits). In other embodiments, the algorithm may perform proactive process control (eg, halt operation, a composition comprising the sample 302 or a characteristic of interest of the sample 302 , change and the like). It should be appreciated that the algorithm (eg, an artificial neural network) may be trained using samples having predetermined characteristics of interest and thereby generating a virtual collection. As the virtual collection available to the artificial neural network becomes larger, the neural network may be better able to sample 302 or the characteristic of interest of the sample 302 to predict exactly. Furthermore, even with the presence of unknown analytes, the artificial neural network can more accurately sample with sufficient training 302 or the characteristic of interest of the sample 302 predict.

In einigen Ausführungsformen können die Daten, die unter Verwendung der optischen Rechenvorrichtungen 300 erfasst werden, zusammen mit Daten archiviert werden, die mit Betriebsparametern verknüpft sind, die bei einer Baustelle aufgezeichnet werden. Die Beurteilung der Arbeitsleistung kann dann für zukünftige Betriebsarten bewertet und verbessert werden oder derartige Informationen können verwendet werden, um darauffolgende Betriebsarten zu gestalten. Zusätzlich können die Daten und Informationen für eine weitere Analyse von einem Kommunikationssystem (z. B. Satellitenkommunikation oder Weitverkehrsnetzkommunikation) zu einem entfernten Ort kommuniziert werden (verdrahtet oder drahtlos). Das Kommunikationssystem kann außerdem ermöglichen, dass eine Fernüberwachung stattfindet. Eine automatisierte Steuerung mit einem Kommunikationssystem mit großer Reichweite kann ferner die Leistung von Betriebsarten bei Ferneinsätzen erleichtern. Insbesondere kann ein künstliches neuronales Netzwerk in einigen Ausführungsformen verwendet werden, um die Leistung von Betriebsarten bei Ferneinsätzen zu erleichtern. Das heißt, dass Betriebsarten bei Ferneinsätzen in einigen Ausführungsformen automatisch ausgeführt werden können. In anderen Ausführungsformen können Betriebsarten bei Ferneinsätzen jedoch unter direkter Steuerung des Bedieners auftreten, wobei sich der Bediener nicht auf der Baustelle befindet (z. B. über Drahtlostechnologie). In some embodiments, the data obtained using the optical computing devices 300 be archived together with data associated with operating parameters recorded at a jobsite. The assessment of work performance may then be assessed and improved for future modes of operation, or such information may be used to design subsequent modes of operation. Additionally, the data and information may be communicated to a remote location (wired or wireless) for further analysis by a communications system (eg, satellite communications or wide area network communications). The communication system may also allow remote monitoring to take place. Automated control with a long range communication system may also facilitate the performance of remote deployment modes. In particular, in some embodiments, an artificial neural network may be used to facilitate the performance of remote deployment modes. That is, remote deployment modes may be automatically performed in some embodiments. However, in other embodiments remote operation modes may occur under direct operator control, with the operator not on site (eg, via wireless technology).

In Bezug auf 4 wird nun ein beispielhaftes System 400 zum Überwachen oder Bestimmen eines bestimmten Charakteristikums einer Probe 402 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht. In der veranschaulichten Ausführungsform kann sich die Probe 402 in einem Flusspfad 404 befinden, obwohl die Probe 402 nicht in einem Flusspfad 404 aufgenommen sein muss, um mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen übereinzustimmen. Der Flusspfad 404 kann zum Beispiel ein Teil einer Probenkammer in einem Formationstester oder ein Teil eines Bohrlochs und dergleichen sein. Die Probe 402 kann in dem Flusspfad 404 fließen oder sich auf andere Weise darin bewegen und sie kann in der allgemeinen Richtung fließen, die durch die Pfeile A (d. h. stromaufwärts nach stromabwärts) angezeigt wird. Es versteht sich jedoch, dass der Flusspfad 404 in einer beliebigen Richtung einschließend eine Kreisrichtung, vorliegen kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.In relation to 4 now becomes an exemplary system 400 to monitor or determine a particular characteristic of a sample 402 illustrated in accordance with one or more embodiments. In the illustrated embodiment, the sample may 402 in a river path 404 although the sample is 402 not in a river path 404 must be included in order to comply with the embodiments described herein. The river path 404 For example, it may be part of a sample chamber in a formation tester or part of a well and the like. The sample 402 can in the river path 404 flow or otherwise move therein and it may flow in the general direction indicated by the arrows A (ie, upstream to downstream). It is understood, however, that the river path 404 in any direction including a circular direction, without departing from the scope of the present disclosure.

Das System 400 kann mindestens eine optische Rechenvorrichtung 406 einschließen, die in mancher Hinsicht der optischen Rechenvorrichtung 300 aus 3A, B ähneln kann. Obwohl nicht gezeigt, kann die Vorrichtung 406 in einem Futterrohr oder Gehäuse aufgenommen werden, das konfiguriert ist, um im Wesentlichen die inneren Komponenten der Vorrichtung 406 vor Schäden oder einer Verunreinigung aus der äußeren Umgebung zu schützen. Das Gehäuse kann betrieben werden, um die Vorrichtung 406 zum Beispiel mit mechanischen Befestigungselementen, Hartlöt- oder Schweißmethoden, Klebstoffen, Magneten, anderen Befestigungsvorrichtungen, Kombinationen davon oder dergleichen mechanisch an den Flusspfad 404 zu koppeln oder anderweitig in Kommunikation zu platzieren.The system 400 can be at least one optical computing device 406 which in some respects is the optical computing device 300 out 3A , B can resemble. Although not shown, the device may 406 be received in a casing or housing configured to substantially the internal components of the device 406 from damage or contamination from the outside environment. The housing can be operated to the device 406 For example, with mechanical fasteners, brazing or welding methods, adhesives, magnets, other fasteners, combinations thereof or the like mechanically to the flow path 404 to pair or otherwise place in communication.

Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, kann die optische Rechenvorrichtung 406 bei der Bestimmung eines bestimmten Charakteristikums einer Probe 402, wie etwa einer innerhalb des Flusspfads 404, nützlich sein. Zum Beispiel kann das Charakteristikum der Probe 402 die Konzentration eines Analyten sein, der in der Probe 402 vorliegt. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 406 eine elektromagnetische Strahlungsquelle 408 einschließen, die konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung 410 zu emittieren oder auf andere Weise zu generieren. Die elektromagnetische Strahlungsquelle 408 kann eine beliebige Vorrichtung sein, die dazu in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung, wie hierin definiert, zu emittieren oder zu generieren. Zum Beispiel kann die elektromagnetische Strahlungsquelle 408 eine Glühbirne, eine lichtemittierende Vorrichtung (LED), ein Laser, ein Schwarzer Körper, ein photonischer Kristall, eine Röntgenstrahlenquelle, eine Gammastrahlenquelle, Kombinationen davon oder dergleichen sein. In einigen Ausführungsformen kann eine Linse 412 konfiguriert sein, um die elektromagnetische Strahlung 410 zu sammeln oder auf andere Weise zu empfangen und einen Strahl 414 von elektromagnetischer Strahlung 410 zu der Probe 402 in einem optischen Strahlengang zu lenken. Die Linse 412 kann eine beliebige Art einer optischen Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um die elektromagnetische Strahlung 410, wie gewünscht, zu übertragen oder auf andere Weise zu befördern. Zum Beispiel kann die Linse 412 eine normale Linse, eine Fresnel-Linse, ein diffraktives optisches Element, ein holographisches graphisches Element, ein Spiegel (z. B. ein Fokussierspiegel), eine Art eines Kollimators oder eine beliebige andere elektromagnetische Strahlung übertragende Vorrichtung sein, die einem Fachmann bekannt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Linse 412 hinsichtlich der Vorrichtung 406 weggelassen werden und die elektromagnetische Strahlung 410 kann stattdessen direkt von der elektromagnetischen Strahlungsquelle 408 in dem optischen Strahlengang zu der Probe 402 befördert werden.As described in more detail below, the optical computing device 406 in determining a particular characteristic of a sample 402 like one inside the river path 404 , to be useful. For example, the characteristic of the sample 402 the concentration of an analyte in the sample 402 is present. In some embodiments, the device may 406 an electromagnetic radiation source 408 include, which is configured to electromagnetic radiation 410 to emit or otherwise generate. The electromagnetic radiation source 408 may be any device that is capable of emitting or generating electromagnetic radiation as defined herein. For example, the electromagnetic radiation source 408 a light bulb, a light-emitting device (LED), a laser, a black body, a photonic crystal, an X-ray source, a gamma-ray source, combinations thereof, or the like. In some embodiments, a lens 412 be configured to the electromagnetic radiation 410 to collect or otherwise receive and receive a beam 414 of electromagnetic radiation 410 to the sample 402 to direct in an optical beam path. The Lens 412 may be any type of optical device that is configured to receive the electromagnetic radiation 410 as desired, transferred or otherwise transported. For example, the lens 412 a normal lens, a Fresnel lens, a diffractive optical element, a holographic graphical element, a mirror (e.g., a focusing mirror), a type of collimator, or any other electromagnetic radiation transmitting device known to those skilled in the art. In other embodiments, the lens 412 in terms of the device 406 be omitted and the electromagnetic radiation 410 instead can be directly from the electromagnetic radiation source 408 in the optical path to the sample 402 to get promoted.

In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Vorrichtung 406 außerdem ein Probenfenster 416 einschließen, das zum Zwecke der Detektion angrenzend an die Probe 402 oder anderweitig in Kontakt damit angeordnet ist. Das Probenfenster 416 kann aus einer Vielzahl von transparenten starren oder halbstarren Materialien bestehen, die konfiguriert sind, um eine Übertragung der elektromagnetischen Strahlung 410 dahindurch zu ermöglichen. Zum Beispiel kann das Probenfenster 416 unter anderem aus Glas, Kunststoffen, Halbleitern, kristallinen Materialien, polykristallinen Materialien, heiß- oder kaltgepressten Pulvern, Kombinationen davon, oder dergleichen bestehen. Obwohl ein Probenfenster 416 in 4 als Teil des Systems 400 abgebildet wird, versteht es sich, dass ein Probenfenster 416 hinsichtlich des Systems 400 weggelassen werden und die elektromagnetische Strahlung 410 direkt optisch mit einer Probe 402 interagieren kann, ohne dass sie zunächst durch ein Probenfenster 416 hindurchgeht, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.In one or more embodiments, the device may 406 also a sample window 416 included for the purpose of detection adjacent to the sample 402 or otherwise arranged in contact therewith. The sample window 416 may be composed of a variety of transparent rigid or semi-rigid materials that are configured to transmit electromagnetic radiation 410 through it. For example, the sample window 416 glass, plastics, semiconductors, crystalline materials, polycrystalline materials, hot or cold pressed powders, combinations thereof, or the like. Although a sample window 416 in 4 as part of the system 400 it is understood that a sample window 416 in terms of the system 400 be omitted and the electromagnetic radiation 410 directly optically with a sample 402 can interact without first passing through a sample window 416 without departing from the scope of the present disclosure.

Wie gezeigt, trifft die elektromagnetische Strahlung 410, nachdem sie durch das Probenfenster 416 hindurchgegangen ist, auf die Probe 402 in dem Flusspfad 404 auf und interagiert optisch damit. Infolgedessen wird optisch interagierende Strahlung 418 durch die Probe 402 generiert und davon reflektiert. Ein Fachmann wird jedoch ohne Weiteres erkennen, dass es alternative Variationen der Vorrichtung 406 ermöglichen können, dass die optisch interagierende Strahlung 418 generiert wird, indem sie durch die und/oder von der Probe 402 oder einen bzw. einem oder mehrere(n) Analyten der Probe 402 übertragen, gestreut, gebeugt, absorbiert, emittiert oder wiederausgestrahlt wird, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.As shown, the electromagnetic radiation hits 410 after passing through the sample window 416 gone through, to the test 402 in the river path 404 visually and interacts with it. As a result, optically interacting radiation 418 through the sample 402 generated and reflected by it. However, one skilled in the art will readily recognize that there are alternative variations of the device 406 allow the optically interacting radiation 418 is generated by passing through and / or from the sample 402 or one or more analytes of the sample 402 transmitted, scattered, diffracted, absorbed, emitted or re-radiated without departing from the scope of the present disclosure.

Die optisch interagierende Strahlung 418, die durch die Interaktion mit der Probe 402 generiert wird, kann zu einem ICE 420, das in der Vorrichtung 406 angeordnet ist, gerichtet oder anderweitig davon empfangen werden. Das ICE 420 kann eine Spektralkomponente sein, die im Wesentlichen dem zuvor in Bezug auf 1 beschriebenen ICE 100 ähnelt. Dementsprechend kann das ICE 420 im Betrieb konfiguriert sein, um die optisch interagierende Strahlung 418 zu empfangen und die modifizierte elektromagnetische Strahlung 422 zu erzeugen, die einem bestimmten interessierenden Charakteristikum der Probe 402 entspricht.The optically interacting radiation 418 by interacting with the sample 402 is generated, can become an ICE 420 that in the device 406 is arranged, directed or otherwise received by it. The ICE 420 may be a spectral component substantially similar to that previously described 1 described ICE 100 similar. Accordingly, the ICE 420 be configured in operation to the optically interacting radiation 418 to receive and the modified electromagnetic radiation 422 to generate a certain interesting characteristic of the sample 402 equivalent.

Es ist anzumerken, wie zuvor erörtert, dass obwohl das ICE 420 in 4 so abgebildet ist, dass es optisch interagierende Strahlung 418 von der Probe 402 empfängt, das ICE 420 an einem beliebigen Punkt entlang des optischen Strahlengangs der Vorrichtung 406 angeordnet sein kann, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann das ICE 420a (mit gestrichelten Linien gezeigt) in dem optischen Strahlengang vor der Probe 402 und der Vorrichtung 406 angeordnet sein und gleichermaßen im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhalten. Dementsprechend kann die modifizierte elektromagnetische Strahlung 422 durch eine optische Interaktion mit mindestens einem ICE und der Probe 402 in einer beliebigen Reihenfolge generiert werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In anderen Ausführungsformen kann das Probenfenster 416 sowohl als ein Übertragungsfenster als auch als ein ICE (d. h. eine Spektralkomponente) einem doppelten Zweck dienen. In weiteren Ausführungsformen kann das ICE 420 die modifizierte elektromagnetische Strahlung 322 durch eine Reflexion anstelle einer Übertragung dahindurch generieren.It should be noted, as previously discussed, that although the ICE 420 in 4 so pictured is that there is optically interacting radiation 418 from the sample 402 receives, the ICE 420 at any point along the optical path of the device 406 may be arranged without departing from the scope of the disclosure. For example, the ICE 420a (shown with dashed lines) in the optical path in front of the sample 402 and the device 406 be arranged and likewise receive substantially the same results. Accordingly, the modified electromagnetic radiation 422 by an optical interaction with at least one ICE and the sample 402 are generated in any order without departing from the scope of the present disclosure. In other embodiments, the sample window may 416 serve both as a transmission window and as an ICE (ie, a spectral component) for a dual purpose. In further embodiments, the ICE 420 the modified electromagnetic radiation 322 through reflection instead of transmission therethrough.

Zudem werden hierin, obwohl lediglich ein ICE 420 in der Vorrichtung 406 gezeigt ist, Ausführungsformen in Erwägung gezogen, welche die Verwendung von mindestens zwei ICE-Komponenten in der Vorrichtung 406 einschließen, die konfiguriert sind, um zusammenwirkend das interessierende Charakteristikum in der Probe 402 zu bestimmen. Zum Beispiel können zwei oder mehr ICE-Komponenten in der Vorrichtung 406 an einem beliebigen Punkt entlang des optischen Strahlengangs in Reihe oder parallel angeordnet und konfiguriert sein, um die elektromagnetische Strahlung 410 oder die optisch interagierende Strahlung 418 zu empfangen, um Empfindlichkeiten und Detektorgrenzen der Vorrichtung 406 zu verbessern. In anderen Ausführungsformen können zwei oder mehr ICE-Komponenten auf einer beweglichen Baugruppe, wie etwa einer drehbaren Scheibe oder einem schwingenden linearen Array, angeordnet sein, welche sich so bewegt, dass die einzelnen ICE-Komponenten dazu in der Lage sind, für einen unterschiedlichen kurzen Zeitraum freigelegt zu werden oder auf andere Weise optisch mit elektromagnetischer Strahlung 410 zu interagieren. Die zwei oder mehr ICE-Komponenten in beliebigen dieser Ausführungsformen können konfiguriert sein, um entweder mit dem interessierenden Charakteristikum in der Probe 402 verknüpft oder davon getrennt zu sein. In anderen Ausführungsformen können die zwei oder mehr ICE-Komponenten konfiguriert sein, um eine positive oder negative Korrelation zu dem interessierenden Charakteristikum aufzuweisen.Moreover, although only one ICE is described herein 420 in the device 406 Shown is embodiments which contemplate the use of at least two ICE components in the device 406 which are configured to cooperatively determine the characteristic of interest in the sample 402 to determine. For example, two or more ICE components may be in the device 406 be arranged in series or in parallel at any point along the optical path and be configured to the electromagnetic radiation 410 or the optically interacting radiation 418 to receive sensitivities and detector limits of the device 406 to improve. In other embodiments, two or more ICE components may be disposed on a moveable assembly, such as a rotatable disk or a vibrating linear array, that moves such that the individual ICE components are capable of a different short one Period of exposure or otherwise optically with electromagnetic radiation 410 to interact. The two or more ICE components in any of these embodiments may be configured to match either the characteristic of interest in the sample 402 linked or separated from it. In other embodiments, the two or more ICE components may be configured to have a positive or negative correlation to the characteristic of interest.

In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, mehr als ein interessierendes Charakteristikum auf einmal unter Verwendung der Vorrichtung 406 zu überwachen. In derartigen Ausführungsformen können verschiedene Konfigurationen für mehrere ICE-Komponenten verwendet werden, wobei jede ICE-Komponente konfiguriert ist, um ein bestimmtes und/oder unterschiedliches interessierendes Charakteristikum zu detektieren, das zum Beispiel einem Charakteristikum der Probe 402 entspricht. In einigen Ausführungsformen kann dass interessierende Charakteristikum sequenziell unter Verwendung mehrerer ICE-Komponenten analysiert werden, in denen ein einziger Strahl von optisch interagierender Strahlung 418 von der Probe 402 reflektiert oder dadurch übertragen wird. In einigen Ausführungsformen können mehrere ICE-Komponenten 320 auf einer drehbaren Scheibe angeordnet sein, wobei die einzelnen ICE-Komponenten gegenüber dem Strahl von optisch interagierender Strahlung 418 lediglich für kurze Zeit freigelegt sind. Vorteile dieses Ansatzes können die Fähigkeit zum Analysieren mehrerer interessierender Charakteristika einer Probe 402 (oder mehrerer Arten von Proben 402) unter Verwendung einer einzigen Vorrichtung 406 und die Möglichkeit zum Untersuchen zusätzlicher Eigenschaften einschließen, indem lediglich zusätzliche ICE-Komponenten hinzugegeben werden, die diesen zusätzlichen Charakteristika entsprechen oder unterschiedlichen Arten von Proben 402 entsprechen. Es ist wiederum anzumerken, dass die eine oder die mehreren ICE-Komponente(n) vor, nach, oder vor und nach (d. h. wenn mehrere ICE-Komponenten verwendet werden) der Probe 402 lokalisiert werden kann bzw. können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.In some embodiments, it may be desirable to have more than one characteristic of interest at one time using the device 406 to monitor. In such embodiments, various configurations may be used for multiple ICE components, with each ICE component being configured to detect a particular and / or different characteristic of interest, such as a characteristic of the sample 402 equivalent. In some embodiments, the characteristic of interest may be analyzed sequentially using multiple ICE components in which a single beam of optically interacting radiation 418 from the sample 402 reflected or transmitted thereby. In some embodiments, multiple ICE components 320 be arranged on a rotatable disc, wherein the individual ICE components with respect to the beam of optically interacting radiation 418 only exposed for a short time. Advantages of this approach may include the ability to analyze several interesting characteristics of a sample 402 (or more types of samples 402 ) using a single device 406 and include the ability to explore additional properties by merely adding additional ICE components corresponding to these additional characteristics or different types of samples 402 correspond. Again, it should be noted that the one or more ICE component (s) before, after, or before and after (ie, when multiple ICE components are used) of the sample 402 can be located without departing from the scope of the present disclosure.

In anderen Ausführungsformen können mehrere Vorrichtungen 406 an einer einzigen Stelle entlang des Flusspfades 404 platziert werden, wobei jede Vorrichtung 406 ein einzigartiges ICE enthält, das konfiguriert ist, um ein bestimmtes interessierendes Charakteristikum der Probe 402 zu detektieren. In derartigen Ausführungsformen kann ein Strahlteiler einen Teil der optisch interagierenden Strahlung 418 umlenken, die von der Probe 402 und in jede Vorrichtung 406 reflektiert, davon emittiert oder durch diese übertragen wird. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, kann ein BASF gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen ebenso als ein Strahlteiler verwendet werden, um diesen Zweck zu erfüllen. Jede Vorrichtung 406 kann wiederum an einen entsprechenden Detektor oder ein entsprechendes Detektor-Array gekoppelt sein, das konfiguriert ist, um eine Ausgabe von elektromagnetischer Strahlung von der entsprechenden Vorrichtung 406 zu detektieren und zu analysieren. Parallele Konfigurationen optischer Rechenvorrichtungen 406 können insbesondere für Anwendungen vorteilhaft sein, die geringe Stromeingänge und/oder keine beweglichen Teile erforderlich machen.In other embodiments, multiple devices 406 at a single point along the river path 404 be placed, with each device 406 contains a unique ICE configured to provide a particular characteristic of interest to the sample 402 to detect. In such embodiments, a beam splitter may include a portion of the optically interacting radiation 418 divert that from the sample 402 and in every device 406 reflected, emitted by or transmitted by them. As described in more detail below, a BASF according to the embodiments described herein may also be used as a beam splitter to accomplish this purpose. Every device 406 may in turn be coupled to a corresponding detector or detector array configured to provide electromagnetic radiation output from the corresponding device 406 to detect and analyze. Parallel configurations of optical computing devices 406 may be particularly advantageous for applications requiring low power inputs and / or no moving parts.

Die modifizierte elektromagnetische Strahlung 422, die durch das ICE 420 generiert wird, kann anschließend zur Quantifizierung des Signals zu einem Detektor 424 befördert werden. Der Detektor 424 kann eine beliebige Vorrichtung sein, die dazu in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung zu detektieren und kann im Allgemeinen als ein optischer Wandler gekennzeichnet sein. In einigen Ausführungsformen kann der Detektor 424 unter anderem Folgendes sein: ein Wärmedetektor, wie etwa eine Thermosäule oder ein photoakustischer Detektor, ein Halbleiterdetektor, ein piezoelektrischer Detektor, ein Detektor einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD), ein Video- oder Array-Detektor, ein Split-Detektor, ein Quad-Detektor, ein Photonendetektor (wie etwa eine Photovervielfacherröhre), Photodioden, Kombinationen davon, oder dergleichen, oder andere Detektoren, die einem Fachmann bekannt sind.The modified electromagnetic radiation 422 passing through the ICE 420 can then be used to quantify the signal to a detector 424 to get promoted. The detector 424 may be any device that is capable of detecting electromagnetic radiation and may generally be characterized as an optical transducer. In some embodiments, the detector may be 424 among others, a thermal detector, such as a thermopile or a photoacoustic detector, a semiconductor detector, a piezoelectric detector, a charge coupled device (CCD) detector, a video or array detector, a split detector, a quad detector , a photon detector (such as a photomultiplier tube), photodiodes, combinations thereof, or the like, or other detectors known to those skilled in the art.

In einigen Ausführungsformen kann der Detektor 424 konfiguriert sein, um ein Ausgabesignal 426 in Form einer Spannung (oder Stromstärke) in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit zu erzeugen, das dem bestimmten interessierenden Charakteristikum der Probe 402 entspricht. Die Spannung, die von dem Detektor 424 zurückgeschickt wird, ist im Wesentlichen das Skalarprodukt der optischen Interaktion der modifizierten elektromagnetischen Strahlung 422 in Bezug auf das ICE 420 als eine Funktion des interessierenden Charakteristikums. Von daher können das Ausgabesignal 426, das von dem Detektor 424 erzeugt wird und das interessierende Charakteristikum eine Beziehung aufweisen, die direkt proportional ist oder sie können einer Polynomfunktion, einer Exponentialfunktion, einer Logarithmusfunktion, einer Kombination davon oder dergleichen entsprechen.In some embodiments, the detector may be 424 be configured to receive an output signal 426 in the form of a voltage (or current) in real time, or near real time, that will produce the particular characteristic of interest of the sample 402 equivalent. The voltage coming from the detector 424 is essentially the scalar product of the optical interaction of the modified electromagnetic radiation 422 in relation to the ICE 420 as a function of the characteristic of interest. Therefore, the output signal 426 that from the detector 424 and the characteristic of interest may have a relationship that is directly proportional or may correspond to a polynomial function, an exponential function, a logarithm function, a combination thereof, or the like.

In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 406 einen zweiten Detektor 428 einschließen, welcher dem ersten Detektor 424 dahingehend ähneln kann, dass er eine beliebige Vorrichtung sein kann, die dazu in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung zu detektieren. Der zweite Detektor 428 kann verwendet werden, um Abweichungen hinsichtlich der Strahlung zu detektieren, die von der elektromagnetischen Strahlungsquelle 408 stammen. Es können aufgrund einer Vielzahl von Gründen unerwünschte Variationen hinsichtlich der Intensität der elektromagnetischen Strahlung 410 auftreten und möglicherweise verschiedene negative Auswirkungen auf die Ausgabe der Vorrichtung 406 haben. Diese negativen Auswirkungen können insbesondere für Messungen nachteilig sein, die über einen Zeitraum hinweg ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen können die Variationen als eine Folge einer Ansammlung von Film oder Material an dem Probenfenster 416 auftreten, was den Effekt haben kann, dass die Menge und Qualität von Licht, das den ersten Detektor 424 schließlich erreicht, verringert wird. Ohne eine sachgemäße Kompensation können derartige Abweichungen hinsichtlich der Strahlung zu falschen Ablesungen führen und das Ausgabesignal 426 würde sich nicht mehr primär oder genau auf das interessierende Charakteristikum beziehen.In some embodiments, the device may 406 a second detector 428 which is the first detector 424 in that it may be any device capable of detecting electromagnetic radiation. The second detector 428 can be used to detect deviations in the radiation emitted by the electromagnetic radiation source 408 come. There may be undesirable variations in the intensity of the electromagnetic radiation due to a variety of reasons 410 occur and possibly different negative effects on the output of the device 406 to have. These adverse effects may be particularly detrimental to measurements taken over a period of time. In some embodiments, the variations may be due to an accumulation of film or material on the sample window 416 occur, which may have the effect that the amount and quality of light, which is the first detector 424 finally achieved, is reduced. Without proper compensation, such variations in radiation can lead to false readings and the output signal 426 would no longer relate primarily or precisely to the characteristic of interest.

Um diese Variationen hinsichtlich der Lichtintensität zu kompensieren, kann der zweite Detektor 428 konfiguriert sein, um ein Kompensationssignal 430 zu generieren, das im Allgemeinen für die Abweichungen hinsichtlich der Strahlung der elektromagnetischen Strahlungsquelle 408 bezeichnend ist, und dadurch das Ausgabesignal 426 normieren, das durch den ersten Detektor 424 generiert wird. Wie veranschaulicht, kann der zweite Detektor 428 konfiguriert sein, um einen Teil der optisch interagierenden Strahlung 418 über einen Strahlteiler 432 zu empfangen, um diese Variationen zu detektieren. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Detektor 428 jedoch angeordnet sein, um elektromagnetische Strahlung aus einem beliebigen Teil des optischen Strahlengangs in der Vorrichtung 406 zu empfangen, um die Variationen hinsichtlich der Quellenintensität zu detektieren, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen.To compensate for these variations in light intensity, can the second detector 428 be configured to receive a compensation signal 430 generally, for the deviations in the radiation of the electromagnetic radiation source 408 is indicative, and thereby the output signal 426 normalize that by the first detector 424 is generated. As illustrated, the second detector 428 configured to be part of the optically interacting radiation 418 via a beam splitter 432 to receive to detect these variations. In other embodiments, the second detector 428 however, be arranged to receive electromagnetic radiation from any part of the optical path in the device 406 to detect variations in source intensity without departing from the scope of the disclosure.

In einigen Anwendungen können das Ausgabesignal 426 und das Kompensationssignal 430 zu einem Signalprozessor 434, der kommunikativ an beide Detektoren 424, 428 gekoppelt ist, befördert oder auf andere Weise davon empfangen werden. Der Signalprozessor 434 kann ein Computer sein, einschließend ein nicht-transitorisches maschinenlesbares Medium, und kann konfiguriert sein, um rechnerisch das Kompensationssignal 430 mit dem Ausgabesignal 426 zu kombinieren, um das Ausgabesignal 426 im Hinblick auf beliebige Variationen einer Lichtquellenintensität zu normieren, die von dem zweiten Detektor 428 detektiert werden und ein resultierendes Ausgabesignal 436 zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann das rechnerische Kombinieren des Ausgabe- und Kompensationssignals 426, 430 das Berechnen eines Verhältnisses der zwei Signale 426, 430 beinhalten. Zum Beispiel kann die Konzentration oder Größenordnung jedes interessierenden Charakteristikums, das unter Verwendung der optischen Rechenvorrichtung 406 bestimmt wird, in einen Algorithmus eingepflegt werden, der von dem Signalprozessor 434 ausgeführt wird.In some applications, the output signal 426 and the compensation signal 430 to a signal processor 434 communicating to both detectors 424 . 428 coupled, conveyed or otherwise received therefrom. The signal processor 434 may be a computer, including a non-transitory machine-readable medium, and may be configured to compute the compensation signal 430 with the output signal 426 combine to the output signal 426 with respect to any variations of a light source intensity to be normalized by the second detector 428 be detected and a resulting output signal 436 to create. In some embodiments, computational combining of the output and compensation signals 426 . 430 calculating a ratio of the two signals 426 . 430 include. For example, the concentration or magnitude of each characteristic of interest may be determined using the optical computing device 406 is determined to be entered into an algorithm used by the signal processor 434 is performed.

In Echtzeit oder nahezu in Echtzeit kann der Signalprozessor 434 konfiguriert sein, um das resultierende Ausgabesignal 436 bereitzustellen, das einem interessierenden Charakteristikum in der Probe 402 entspricht. Das resultierende Ausgabesignal 436 kann von einem Bediener lesbar sein, der die Ergebnisse bei Bedarf auf Grundlage des Ausgabesignals in Bezug auf die Probe 402 (z. B. einer Konzentration der Probe 402 oder einer Konzentration eines Charakteristikums der Probe 402) untersuchen und ordnungsgemäße Einstellungen vornehmen oder eine geeignete Maßnahme ergreifen kann. In einigen Ausführungsformen kann die resultierende Signalausgabe 436 entweder verdrahtet oder drahtlos für eine Untersuchung zu einem Bediener befördert werden. In anderen Ausführungsformen kann das resultierende Ausgabesignal 436 des interessierenden Charakteristikums von dem Signalprozessor 434 so erkannt werden, dass es für einen bestimmten Betrieb innerhalb oder außerhalb eines akzeptablen Grenzbereichs liegt und den Bediener in Bezug auf eine Ablesung außerhalb des Bereichs warnen, sodass eine geeignete Korrekturmaßnahme ergriffen werden kann oder anderweitig autonom die geeignete Korrekturmaßnahme ergreifen, sodass das resultierende Ausgabesignal 436 zu einem Wert innerhalb des vorher festgelegten oder vorprogrammierten Bereichs eines geeigneten Betriebs zurückkehrt.In real time or near real time, the signal processor can 434 be configured to receive the resulting output signal 436 provide a characteristic of interest in the sample 402 equivalent. The resulting output signal 436 may be readable by an operator, the results as needed based on the output signal relative to the sample 402 (eg, a concentration of the sample 402 or a concentration of a characteristic of the sample 402 ) and make proper adjustments or take appropriate action. In some embodiments, the resulting signal output 436 either wired or wirelessly conveyed for inspection to an operator. In other embodiments, the resulting output signal 436 of the characteristic of interest from the signal processor 434 be detected to be within or beyond an acceptable limit for a particular operation and alert the operator to an out-of-range reading so that an appropriate corrective action can be taken or otherwise autonomously take the appropriate corrective action, so that the resulting output signal 436 returns to a value within the predetermined or preprogrammed range of suitable operation.

Das Potenzial für Streustrahlung ist nicht auf eine bestimmte Stelle in dem optischen Strahlengang begrenzt und kann an einem beliebigen Punkt in dem optischen Strahlengang auftreten, wodurch sich eine potenzielle Verringerung hinsichtlich der Empfindlichkeit der Vorrichtung 406 zum Detektieren eines Charakteristikums der Probe 402, wie zuvor erörtert, ergibt. Zum Beispiel kann das Probenfenster 416 eine oder mehrere Flächen aufweisen, die mindestens eine oder mehrere Streustrahlungsreflexionen generieren. Dementsprechend können unabhängig von der bestimmten Ausführungsformanordnung, die für die Vorrichtung 406, wie hierin beschrieben, ausgewählt ist, ein oder mehrere BASFs in einem beliebigen Teil des optischen Strahlengangs der Vorrichtung 406 platziert werden, um Streulicht von dem optischen Strahlengang wegzureflektieren, das nicht mit einem bestimmten Zieleinfallswinkel (gegebenenfalls einschließend ein Breitband von Winkeln) übereinstimmt und elektromagnetische Strahlung zu übertragen, die mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmt. Zum Beispiel kann, wie in 4 mit gestrichelten Linien gezeigt, der BASF an einer oder mehreren Stellen in dem optischen Strahlengang zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle 408 und der Probe 402 lokalisiert werden. Zum Beispiel kann der BASF 440a zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle 408 und der Probe 402 in der Nähe der elektromagnetischen Strahlungsquelle 408 (z. B. genau nach der optionalen Linse 412) lokalisiert werden. In anderen Ausführungsformen kann der BASF 440b zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle 408 und der Probe 402 in der Nähe der Probe 402 (z. B. in der Nähe des Probenfensters 416) lokalisiert werden. Die BASFs der vorliegenden Offenbarung können zusätzlich zwischen der Probe 402 und dem ICE 420, wie etwa an einer Stelle nach dem Probenfenster 416 (BASF 440c) oder genau vor dem ICE 420 (BASF 440d) lokalisiert werden. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere BASFs zwischen dem ICE 420 und dem Detektor 424 (BASF 440e) lokalisiert werden.The potential for stray radiation is not limited to any particular location in the optical path and may occur at any point in the optical path, thereby resulting in a potential reduction in the sensitivity of the device 406 for detecting a characteristic of the sample 402 as previously discussed. For example, the sample window 416 have one or more surfaces that generate at least one or more scattered radiation reflections. Accordingly, irrespective of the particular embodiment of the device 406 , as described herein, one or more BASFs in any part of the optical path of the device 406 be placed to reflect stray light away from the optical path that does not coincide with a particular target angle of incidence (optionally including a broadband of angles) and transmit electromagnetic radiation that matches the target angle of incidence. For example, as in 4 shown with dashed lines, the BASF at one or more locations in the optical path between the electromagnetic radiation source 408 and the sample 402 be located. For example, the BASF 440a between the electromagnetic radiation source 408 and the sample 402 near the electromagnetic radiation source 408 (eg just after the optional lens 412 ). In other embodiments, BASF 440b between the electromagnetic radiation source 408 and the sample 402 near the sample 402 (eg near the sample window 416 ). The BASFs of the present disclosure may additionally use between the sample 402 and the ICE 420 , such as at a point after the sample window 416 (BASF 440c ) or right in front of the ICE 420 (BASF 440d ). In some embodiments, one or more BASFs may be between the ICE 420 and the detector 424 (BASF 440e ).

In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere BASFs vor oder nach dem optionalen Strahlteiler 432 lokalisiert werden (z. B. BASF 440c, 440d) oder der Strahlteiler 432 an sich kann ein BASF gemäß den Verfahren der vorliegenden Offenbarung sein, sodass der BASF-Strahlteiler 432 konzipiert ist, um bestimmte Zieleinfallswinkel zu übertragen und andere zu reflektieren, die nicht mit einem Zieleinfallswinkel übereinstimmen, wie zuvor beschrieben. Ein oder mehrere BASFs können ebenso in dem optischen Pfad nach dem Strahlteiler 432 und vor dem zweiten Detektor 428 lokalisiert werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.In some embodiments, one or more BASFs may be added before or after the optional beam splitter 432 localized (eg BASF 440c . 440d ) or the beam splitter 432 As such, BASF may be in accordance with the methods of the present disclosure such that the BASF beam splitter 432 is designed to transmit certain target angles of incidence and to reflect others that do not agree with a target angle of incidence, as previously described. One or more BASFs may also be in the optical path after the beam splitter 432 and in front of the second detector 428 without departing from the scope of the present disclosure.

In jedem Fall, in dem ein BASF in dem optischen Strahlengang der Vorrichtung 406 positioniert ist, kann er dazu dienen, bestimmte elektromagnetische Strahlung mit bestimmten Einfallswinkeln zu übertragen oder zu reflektieren. Das heißt, dass ein interessierendes Charakteristikum einer Probe 402 oder ein bestimmtes ICE 420 Licht mit einem bestimmten Einfallswinkel übertragen oder reflektieren können und der BASF, wie zuvor erörtert, konzipiert sein kann, um diesen Einfallswinkel zu übertragen oder zu reflektieren, wobei Einfallswinkel, die nicht mit dem Zielwinkel übereinstimmen, jeweils umgekehrt reflektiert oder übertragen werden. In jedem Fall kann bei der Auswahl und Gestaltung des BASF in Abhängigkeit von seiner Position in dem optischen Strahlengang ebenso berücksichtigt werden, ob die elektromagnetische Strahlung zunächst mit dem ICE 420 oder der Probe 402 reagiert, weder mit der Probe 402 noch mit dem ICE 420 reagiert hat, sowohl mit dem ICE 420 als auch der Probe 402 reagiert hat und dergleichen. Auf eine solche Art und Weise bleibt lediglich oder im Wesentlichen lediglich die interessierende elektromagnetische Strahlung 410 in dem optischen Strahlengang oder sie wird anderweitig gesteuert, um in dem optischen Strahlengang zu bleiben, sodass sie beim Bestimmen des Ausgabesignals 422, 430 berücksichtigt werden kann.In any case, in which a BASF in the optical beam path of the device 406 is positioned, it can serve to transmit or reflect certain electromagnetic radiation at certain angles of incidence. That is, a characteristic of interest of a sample 402 or a specific ICE 420 As previously discussed, BASF may be designed to reflect or reflect light at a particular angle of incidence and to reflect or reflect this angle of incidence, with angles of incidence that do not match the target angle reflected or transmitted inversely, respectively. In any case, in the selection and design of the BASF, depending on its position in the optical beam path can also be considered whether the electromagnetic radiation first with the ICE 420 or the sample 402 reacts, neither with the sample 402 still with the ICE 420 has reacted, both with the ICE 420 as well as the sample 402 has reacted and the like. In such a way, only or substantially only the electromagnetic radiation of interest remains 410 in the optical beam path or otherwise controlled to remain in the optical path so as to determine the output signal 422 . 430 can be taken into account.

In einigen Ausführungsformen kann der BASF der vorliegenden Offenbarung ein eigenständiger Filter sein. Wie hierin verwendet, beziehen sich der Begriff „eigenständiger Filter“ und grammatische Varianten davon auf einen selektiven Breitbandwinkelfilter, wie hierin beschrieben, der nicht mit einer beliebigen Komponente der hierin beschriebenen optischen Rechenvorrichtungen einstückig ausgebildet ist. Wenn der BASF ein eigenständiger Filter ist, wie zuvor beschrieben, kann er an einer beliebigen Stelle in dem optischen Strahlengang lokalisiert werden, einschließend unter anderem zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und eine beliebige Kombination davon. Er kann dann mit einer oder mehreren der elektromagnetischen Strahlung 410, der optisch interagierenden Strahlung 418 (oder optisch interagierender Strahlung, die mit einem ICE und noch nicht mit der Probe interagiert hat), der modifizierten elektromagnetischen Strahlung 422 (die mit mindestens einem ICE und der Probe in einer beliebigen Reihenfolge interagiert hat) und einer beliebigen Kombination davon interagieren. Nach der elektromagnetischen Strahlung 410 interagiert bzw. interagieren die optisch interagierende Strahlung 418 und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung 422 optisch mit dem BASF, er kann nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generieren, die von dem Detektor 424 (und/oder 428) empfangen wird, welcher dann Ausgabesignale generieren kann, die einem Charakteristikum der Probe 402 entsprechen.In some embodiments, BASF of the present disclosure may be a stand-alone filter. As used herein, the term "standalone filter" and grammatical variants thereof refer to a selective broadband angle filter, as described herein, that is not integral with any component of the optical computing devices described herein. If BASF is a self-contained filter as described above, it can be located anywhere in the optical path including, inter alia, between the electromagnetic radiation source and the sample, between the sample and the ICE, between the ICE and the detector and any combination of them. He can then use one or more of the electromagnetic radiation 410 , the optically interacting radiation 418 (or optically interacting radiation that has interacted with an ICE and not yet with the sample), the modified electromagnetic radiation 422 (which interacted with at least one ICE and the sample in any order) and any combination thereof. After the electromagnetic radiation 410 the optically interacting radiation interacts or interacts 418 and / or the modified electromagnetic radiation 422 visually with the BASF, he can generate according to the angle selected modified electromagnetic radiation (ASMR), by the detector 424 (and or 428 ), which can then generate output signals representative of a characteristic of the sample 402 correspond.

Wie hierin beschrieben, kann der BASF 440a–f zusätzlich ein Mehrschicht-Filmstapel sein, der auf einer Komponente der Vorrichtung 406 als ein Film abgelagert wird. Derartige Mehrschicht-Filmstapel-BASFs können auf einer Komponente abgelagert werden, einschließend unter anderem den ICE 420, den Detektor 424, 428, das Probenfenster 416, und eine beliebige Kombination davon, sofern sie sich in dem optischen Strahlengang befindet. Es können standardmäßige Dünnfilmabscheidungsverfahren zum Ablagern der Mehrstapel-Filmschicht auf einer oder mehreren Komponenten der Vorrichtung 406 verwendet werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In einigen Ausführungsformen kann die Ablagerung durch eine Fertigung des BASF aus einem optischen Substrat erreicht werden, welches dann als das ICE 420 arbeiten kann. In anderen Ausführungsformen kann der Mehrschicht-Filmstapel auf einer oder mehreren Komponenten der Vorrichtung 406 unter Verwendung des reaktiven Magnetronsputterns, des Elektronenstrahlverdampfens, der chemischen Gasphasenabscheidung, und dergleichen, und einer beliebigen Kombination davon abgelagert werden.As described herein, BASF 440a F additionally be a multilayer film stack resting on a component of the device 406 as a film is deposited. Such multilayer film-stock BASFs can be deposited on a component including inter alia the ICE 420 , the detector 424 . 428 , the sample window 416 , and any combination thereof, if it is in the optical path. Standard thin film deposition techniques may be used to deposit the multi-stack film layer on one or more components of the device 406 may be used without departing from the scope of the present disclosure. In some embodiments, the deposition may be accomplished by fabrication of the BASF from an optical substrate, which may then be referred to as the ICE 420 can work. In other embodiments, the multilayer film stack may be on one or more components of the device 406 using reactive magnetron sputtering, electron beam evaporation, chemical vapor deposition, and the like, and any combination thereof.

Es ist bekannt, dass die verschiedenen hierin enthaltenen Ausführungsformen, die auf eine Computersteuerung und künstliche neuronale Netzwerke, einschließend verschiedene Blöcke, Module, Elemente, Komponenten, Verfahren und Algorithmen, gerichtet sind, unter Verwendung von Computerhardware, -software, Kombinationen davon und dergleichen implementiert werden können. Um diese Austauschbarkeit von Hardware und Software zu veranschaulichen, wurden verschiedene veranschaulichende Blöcke, Module, Elemente, Komponenten, Verfahren und Algorithmen im Hinblick auf ihre Funktionalität im Allgemeinen beschrieben. Ob eine derartige Funktionalität als Hardware oder Software implementiert wird, hängt von der bestimmten Anwendung und beliebigen auferlegten Einschränkungen hinsichtlich der Gestaltung ab. Zumindest aus diesem Grund ist es bekannt, dass ein Durchschnittsfachmann die beschriebene Funktionalität für eine bestimmte Anwendung auf verschiedene Art und Weise implementieren kann. Ferner können verschiedene Komponenten und Blöcke zum Beispiel in einer anderen Reihenfolge angeordnet oder anders aufgeteilt werden, ohne von dem Umfang der ausdrücklich beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen.It is well known that the various embodiments contained herein, which are directed to computer control and artificial neural networks including various blocks, modules, elements, components, methods, and algorithms, are implemented using computer hardware, software, combinations thereof, and the like can be. To illustrate this interchangeability of hardware and software, various illustrative blocks, modules, elements, components, methods and algorithms have been generally described in terms of their functionality. Whether such functionality is implemented as hardware or software depends on the particular application and any design constraints imposed. At least for this reason, it is known that one of ordinary skill in the art can implement the described functionality for a particular application in a variety of ways. Further, various components and blocks may, for example, be arranged in a different order or otherwise partitioned without departing from the scope of the expressly described embodiments.

Computerhardware, die verwendet wird, um die verschiedenen veranschaulichenden hierin beschriebenen Blöcke, Module, Elemente, Komponenten, Verfahren und Algorithmen zu implementieren, kann einen Prozessor einschließen, der konfiguriert ist, um eine oder mehrere Anweisungssequenzen, Programmiereinstellungen oder Code auszuführen, die bzw. der auf einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Medium gespeichert ist bzw. sind. Bei dem Prozessor kann es sich zum Beispiel um Folgendes handeln: einen Universalmikroprozessor, eine Mikrosteuerung, einen Digitalsignalprozessor, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis, ein feldprogrammierbares Gate-Array, eine programmierbare Logikvorrichtung, eine Steuerung, eine Zustandsmaschine, eine gattergesteuerte Logik, eigenständige Hardwarekomponenten, ein künstliches neuronales Netzwerk oder eine beliebige ähnliche geeignete Einheit, die Berechnungen oder andere Datenbearbeitungsvorgänge durchführen kann. In einigen Ausführungsformen kann Computerhardware ferner Elemente, wie etwa zum Beispiel einen Speicher (z. B. Direktzugriffsspeicher (RAM), Flash-Speicher, Nur-Lese-Speicher (ROM), programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM), löschbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM)) Verzeichnisse, Festplatten, Wechseldatenträger, CD-ROMs, DVDs oder eine beliebige andere ähnliche geeignete Speichervorrichtung oder ein beliebiges anderes ähnliches geeignetes Speichermedium, einschließen. Computer hardware used to implement the various illustrative blocks, modules, elements, components, methods, and algorithms described herein may include a processor configured to execute one or more instruction sequences, programming settings, or code is stored on a non-transitory, computer-readable medium. The processor may be, for example, a general purpose microprocessor, a microcontroller, a digital signal processor, an application specific integrated circuit, a field programmable gate array, a programmable logic device, a controller, a state machine, a gated logic, stand-alone hardware components artificial neural network or any similar suitable unit that can perform calculations or other data manipulation operations. In some embodiments, computer hardware may further include elements such as memory (e.g., random access memory (RAM), flash memory, read only memory (ROM), programmable read only memory (PROM), erasable memory). Read-only memory (EPROM)) include directories, hard disks, removable media, CD-ROMs, DVDs, or any other similar suitable storage device or storage device, or any other similar suitable storage medium.

Hierin beschriebene ausführbare Sequenzen können mit einer oder mehreren Sequenzen von Code implementiert werden, die in einem Speicher enthalten sind. In einigen Ausführungsformen kann derartiger Code in dem Speicher von einem anderen maschinenlesbaren Medium gelesen werden. Die Ausführung der Anweisungssequenzen, die in dem Speicher enthalten sind, kann dazu führen, dass ein Prozessor die hierin beschriebenen Prozessschritte ausführt. Ein oder mehrere Prozessoren in einer Multiverarbeitungsanordnung können ebenfalls eingesetzt werden, um Anweisungssequenzen in dem Speicher auszuführen. Zusätzlich kann eine festverdrahtete Schaltung anstelle von oder in Kombination mit Softwareanweisungen verwendet werden, um verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen zu implementieren. Demnach sind die vorliegenden Ausführungsformen nicht auf eine spezifische Kombination von Hardware und/oder Software beschränkt.Executable sequences described herein may be implemented with one or more sequences of code contained in a memory. In some embodiments, such code in the memory may be read by another machine-readable medium. The execution of the instruction sequences contained in the memory may result in a processor executing the process steps described herein. One or more processors in a multi-processing arrangement may also be employed to execute instruction sequences in the memory. Additionally, hardwired circuitry may be used in place of or in combination with software instructions to implement various embodiments described herein. Thus, the present embodiments are not limited to a specific combination of hardware and / or software.

Wie hierin verwendet, bezieht sich ein maschinenlesbares Medium auf ein beliebiges Medium, das direkt oder indirekt Anweisungen für einen Prozessor zur Ausführung bereitstellt. Ein maschinenlesbares Medium kann viele Formen annehmen, einschließend zum Beispiel nicht-flüchtige Medien, flüchtige Medien und Übertragungsmedien. Nicht-flüchtige Medien können zum Beispiel optische und Magnetplatten einschließen. Flüchtige Medien können zum Beispiel einen dynamischen Speicher einschließen. Übertragungsmedien können zum Beispiel Koaxialkabel, Draht, Glasfaser und Drähte einschließen, die einen Bus bilden. Übliche Formen von maschinenlesbaren Medien können zum Beispiel Disketten, flexible Platten, Festplatten, Magnetbänder, andere ähnliche magnetische Medien, CD-ROMs, DVDs, andere ähnliche optische Medien, Lochkarten, Lochstreifen und ähnliche physikalische Medien mit Lochmustern, RAM, ROM, PROM, EPROM und Flash-EPROM einschließen.As used herein, a machine-readable medium refers to any medium that directly or indirectly provides instructions for a processor to execute. A machine-readable medium can take many forms, including, for example, nonvolatile media, volatile media and transmission media. Non-volatile media may include, for example, optical and magnetic disks. For example, volatile media may include dynamic memory. Transmission media may include, for example, coaxial cable, wire, fiber, and wires that form a bus. Typical forms of machine-readable media may include, for example, floppy disks, flexible disks, hard disks, magnetic tapes, other similar magnetic media, CD-ROMs, DVDs, other similar optical media, punched cards, punched tape and similar physical media with hole patterns, RAM, ROM, PROM, EPROM and include flash EPROM.

Außerdem ist anzumerken, dass die verschiedenen hierin bereitgestellten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und streng genommen auch nicht optisch korrekt abgebildet sind, wie es sich für einen Fachmann der Optik versteht. Stattdessen sind die Zeichnungen lediglich von veranschaulichender Natur und werden hierin im Allgemeinen verwendet, um das Verständnis der hierin bereitgestellten Systeme und Verfahren zu unterstützen. Obwohl die Zeichnungen nicht optisch akkurat sein mögen, spiegeln die hierin abgebildeten konzeptionellen Interpretationen tatsächlich die exemplarische Natur der verschiedenen offenbarten Ausführungsformen akkurat wider.It should also be noted that the various drawings provided herein are not necessarily to scale and, strictly speaking, are not also optically correctly imaged, as will be understood by one of ordinary skill in the art. Instead, the drawings are merely illustrative and are generally used herein to assist in understanding the systems and methods provided herein. Although the drawings may not be optically accurate, the conceptual interpretations depicted herein in fact accurately reflect the exemplary nature of the various disclosed embodiments.

Hierin enthaltene Ausführungsformen schließen Folgendes ein:
Ausführungsform A: Eine optische Rechenvorrichtung, umfassend: eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in einen optischen Strahlengang; ein integriertes Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach einer Probe lokalisiert wird, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren; einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang mit einem Zieleinfallswinkel zu übertragen, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird, und um eine oder mehrere Streustrahlungsreflexionen mit Winkeln zu reflektieren, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; und einen Detektor, der die ASMR empfängt und ein Ausgabesignal generiert, das einem Charakteristikum der Probe entspricht.
Embodiments included herein include:
Embodiment A: An optical computing device comprising: an electromagnetic radiation source for emitting electromagnetic radiation into an optical beam path; an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after a sample located in the optical path to generate modified electromagnetic radiation in the optical path; a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical path to transmit the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation in the optical path at a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle and to reflect one or more stray reflections at angles that do not match the target angle of incidence; and a detector that receives the ASMR and generates an output signal that corresponds to a characteristic of the sample.

Ausführungsform A kann eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Elemente in einer beliebigen Kombination aufweisen:
Element A1: Wobei das ICE nach der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.
Embodiment A may have one or more of the following additional elements in any combination:
Element A1: Where the ICE is located after the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the sample to generate optically interacting radiation in the optical path, and then the optically interacting radiation optically interacts with the ICE to form the optical Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.

Element A2: Wobei das ICE vor der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.Element A2: Where the ICE is located in front of the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the ICE to generate optically interacting radiation in the optical path, and the optically interacting radiation then optically interacts with the sample to enter the optical path Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.

Element A3: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist.Element A3: BASF being an independent filter.

Element A4: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist, der in dem optischen Strahlengang an einer Stelle angeordnet ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element A4: wherein the BASF is a self-contained filter disposed in the optical path at a position selected from the group consisting of between the electromagnetic radiation source and the sample, between the sample and the ICE, between the ICE and the detector and any combination thereof.

Element A5: Wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer Komponente abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element A5: wherein the BASF is a multilayer film stack deposited on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, and any combination thereof.

Element A6: Wobei ein Probenfenster angrenzend an die Probe in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, um mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) zu generieren.Element A6: wherein a sample window is disposed adjacent to the sample in the optical path, the sample window having one or more surfaces to generate at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s).

Element A7: Wobei ein Probenfenster angrenzend an die Probe in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, um mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) zu generieren, und wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer Komponente abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor, dem Probenfenster und einer beliebigen Kombination davon.Element A7, wherein a sample window is disposed adjacent to the sample in the optical path, the sample window having one or more surfaces to generate at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s), and wherein BASF is a multilayer film stack deposited on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, the sample window, and any combination thereof.

Element A8: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt.Element A8: Where BASF is composed of photonic crystal layers.

Element A9: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einer Verbindung auf Siliciumbasis, einer Verbindung auf Tantalbasis, einer Halbleiterverbindung der Gruppe III–V, einer Metallverbindung der Gruppe IVB, einem Dielektrikum und einer beliebigen Kombination davon.Element A9: wherein BASF is composed of photonic crystal layers selected from the group consisting of a silicon-based compound, a tantalum-based compound, a Group III-V compound semiconductor, a Group IVB metal compound, a dielectric, and any of them Combination of it.

Element A10: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Glühbirne, einer lichtemittierenden Vorrichtung, einem Laser, einem Schwarzen Körper, einem photonischen Kristall, einer Röntgenstrahlenquelle, einer Gammastrahlenquelle und einer beliebigen Kombination davon.Element A10: wherein the electromagnetic radiation source is selected from the group consisting of a light bulb, a light-emitting device, a laser, a black body, a photonic crystal, an x-ray source, a gamma-ray source, and any combination thereof.

Element A11: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle zumindest eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Infrarotstrahlung, naher Infrarotstrahlung, sichtbarem Licht, ultraviolettem Licht, Vakuum-UV-Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und einer beliebigen Kombination davon.Element A11: wherein the electromagnetic radiation source is at least one selected from the group consisting of infrared radiation, near infrared radiation, visible light, ultraviolet light, vacuum ultraviolet light, x-ray radiation, gamma radiation, and any combination thereof.

Als ein nicht einschränkendes Beispiel schließen beispielhafte Kombinationen, die für A anwendbar sind, Folgendes ein: A mit A1 und A2; A mit A1 und A3; A mit A1 und A4; A mit A1 und A5; A mit A1 und A6; A mit A1 und A7; A mit A1 und A8; A mit A1 und A9; A mit A1 und A10; A mit A1 und A11; A mit A2 und A3; A mit A2 und A4; A mit A2 und A5; A mit A2 und A6; A mit A2 und A7; A mit A2 und A8; A mit A2 und A9; A mit A2 und A10; A mit A2 und A11; A mit A3 und A4; A mit A3 und A5; A mit A3 und A6; A mit A3 und A7; A mit A3 und A8; A mit A3 und A9; A mit A3 und A10; A mit A3 und A11; A mit A4 und A5; A mit A4 und A6; A mit A4 und A7; A mit A4 und A8; A mit A4 und A9; A mit A4 und A10; A mit A4 und A11; A mit A5 und A6; A mit A5 und A7; A mit A5 und A8; A mit A5 und A9; A mit A5 und A10; A mit A5 und A11; A mit A6 und A7; A mit A6 und A8; A mit A6 und A9; A mit A6 und A10; A mit A6 und A11; A mit A7 und A8; A mit A7 und A9; A mit A8 und A9; A mit A8 und A10; A mit A8 und A11; A mit A9 und A10; A mit A9 und A11; A mit A10 und A11; A mit A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10 und A11; A mit A1, A3, A5 und A8; A mit A1, A2, A6 und A9; A mit A5, A7 und A8; A mit A1, A2, A10 und A11.As a non-limiting example, exemplary combinations applicable to A include: A with A1 and A2; A with A1 and A3; A with A1 and A4; A with A1 and A5; A with A1 and A6; A with A1 and A7; A with A1 and A8; A with A1 and A9; A with A1 and A10; A with A1 and A11; A with A2 and A3; A with A2 and A4; A with A2 and A5; A with A2 and A6; A with A2 and A7; A with A2 and A8; A with A2 and A9; A with A2 and A10; A with A2 and A11; A with A3 and A4; A with A3 and A5; A with A3 and A6; A with A3 and A7; A with A3 and A8; A with A3 and A9; A with A3 and A10; A with A3 and A11; A with A4 and A5; A with A4 and A6; A with A4 and A7; A with A4 and A8; A with A4 and A9; A with A4 and A10; A with A4 and A11; A with A5 and A6; A with A5 and A7; A with A5 and A8; A with A5 and A9; A with A5 and A10; A with A5 and A11; A with A6 and A7; A with A6 and A8; A with A6 and A9; A with A6 and A10; A with A6 and A11; A with A7 and A8; A with A7 and A9; A with A8 and A9; A with A8 and A10; A with A8 and A11; A with A9 and A10; A with A9 and A11; A with A10 and A11; A with A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10 and A11; A with A1, A3, A5 and A8; A with A1, A2, A6 and A9; A with A5, A7 and A8; A with A1, A2, A10 and A11.

Ausführungsform B: Ein Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer elektromagnetischen Strahlungsquelle, die elektromagnetische Strahlung in einen optischen Strahlengang emittiert; optisches Interagieren der elektromagnetischen Strahlung mit einer Probe, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird und einem integrierten Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach der Probe lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang elektromagnetische Strahlung zu generieren; Übertragen der elektromagnetischen Strahlung und/oder der modifizierten elektromagnetischen Strahlung durch einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, mit einem Zieleinfallswinkel, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird; Reflektieren von einer oder mehreren Streustrahlungsreflexionen mit dem BASF in dem optischen Strahlengang mit Winkeln, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; Empfangen von ASMR mit einem Detektor; und Generieren eines Ausgabesignals, das einem Charakteristikum der Probe entspricht.Embodiment B: A method comprising: providing an electromagnetic radiation source that emits electromagnetic radiation into an optical path; optically interacting the electromagnetic radiation with a sample located in the optical path and an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after the sample to generate electromagnetic radiation in the optical path; Transmitting the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation through a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical beam path with a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle; Reflecting one or more stray reflections with the BASF in the optical beam path at angles that do not match the target angle of incidence; Receiving ASMR with a detector; and generating an output signal that corresponds to a characteristic of the sample.

Ausführungsform B kann eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Elemente in einer beliebigen Kombination aufweisen:
Element B1: Wobei das ICE nach der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.
Embodiment B may have one or more of the following additional elements in any combination:
Element B1: Where the ICE is located after the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the sample to generate optically interacting radiation in the optical path and the optically interacting radiation then optically interacts with the ICE to enter the optical path Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.

Element B2: Wobei das ICE vor der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.Element B2: Where the ICE is located in front of the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the ICE to generate optically interacting radiation in the optical path, and the optically interacting radiation then optically interacts with the sample to be detected in the optical path Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.

Element B3: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist.Element B3: BASF being an independent filter.

Element B4: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist, und ferner umfassend das Anordnen des eigenständigen BASF-Filters an einer Stelle, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element B4: where the BASF is a stand-alone filter, and further comprising placing the stand-alone BASF filter at a location selected from the group consisting of between the electromagnetic radiation source and the sample, between the sample and the ICE the ICE and the detector and any combination thereof.

Element B5: Wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, und ferner umfassend das Ablagern des BASF-Mehrschichtfilms auf einer Komponente, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element B5: where the BASF is a multilayer film stack, and further comprising depositing the BASF multilayer film on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, and any combination thereof.

Element B6: Ferner umfassend das Anordnen eines Probenfensters angrenzend an die Probe und das Übertragen der elektromagnetischen Strahlung dahindurch, um optisch mit der Probe zu interagieren, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, die mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) generieren.Element B6: further comprising arranging a sample window adjacent to the sample and transmitting the electromagnetic radiation therethrough to optically interact with the sample, the sample window having one or more surfaces containing at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s) ) to generate.

Element B7: Wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor, dem Probenfenster und einer beliebigen Kombination davon.Element B7: Where the BASF is a multilayer film stack deposited on one selected from the group consisting of the ICE, the detector, the sample window, and any combination thereof.

Element B8: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt. Element B8: Where BASF is composed of photonic crystal layers.

Element B9: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einer Verbindung auf Siliciumbasis, einer Verbindung auf Tantalbasis, einer Halbleiterverbindung der Gruppe III–V, einer Metallverbindung der Gruppe IVB, einem Dielektrikum und einer beliebigen Kombination davon.Element B9: where BASF is composed of photonic crystal layers selected from the group consisting of a silicon-based compound, a tantalum-based compound, a Group III-V semiconductor compound, a Group IVB metal compound, a dielectric, and any combination thereof.

Element B10: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Glühbirne, einer lichtemittierenden Vorrichtung, einem Laser, einem Schwarzen Körper, einem photonischen Kristall, einer Röntgenstrahlenquelle, einer Gammastrahlenquelle und einer beliebigen Kombination davon.Element B10: wherein the electromagnetic radiation source is selected from the group consisting of a light bulb, a light-emitting device, a laser, a black body, a photonic crystal, an X-ray source, a gamma-ray source, and any combination thereof.

Element B11: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle zumindest eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Infrarotstrahlung, naher Infrarotstrahlung, sichtbarem Licht, ultraviolettem Licht, Vakuum-UV-Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und einer beliebigen Kombination davon.Element B11: Wherein the electromagnetic radiation source is at least one selected from the group consisting of infrared radiation, near infrared radiation, visible light, ultraviolet light, vacuum UV light, X-ray, gamma radiation, and any combination thereof.

Als ein nicht einschränkendes Beispiel schließen beispielhafte Kombinationen, die für B anwendbar sind, Folgendes ein: B mit B1 und B2; B mit B1 und B3; B mit B1 und B4; B mit B1 und B5; B mit B1 und B6; B mit B1 und B7; B mit B1 und B8; B mit B1 und B9; B mit B1 und B10; B mit B1 und B11; B mit B2 und B3; B mit B2 und B4; B mit B2 und B5; B mit B2 und B6; B mit B2 und B7; B mit B2 und B8; B mit B2 und B9; B mit B2 und B10; B mit B2 und B11; B mit B3 und B4; B mit B3 und B5; B mit B3 und B6; B mit B3 und B7; B mit B3 und B8; B mit B3 und B9; B mit B3 und B10; B mit B3 und B11; B mit B4 und B5; B mit B4 und B6; B mit B4 und B7; B mit B4 und B8; B mit B4 und B9; B mit B5 und B6; B mit B5 und B7; B mit B5 und B8; B mit B5 und B9; B mit B5 und B10; B mit B5 und B11; B mit B6 und B7; B mit B6 und B8; B mit B6 und B9; B mit B6 und B10; B mit B6 und B11; B mit B7 und B8; B mit B7 und B9; B mit B7 und B10; B mit B7 und B11; B mit B8 und B9; B mit B8 und B10; B mit B8 und B11; B mit B9 und B10; B mit B9 und B11; B mit B10 und B11; B mit B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10 und B11; B mit B1, B2, B7 und B9; B mit B1, B3, B6 und B8; B mit B4, B7 und B9; B mit B1, B10 und B11.As a non-limiting example, exemplary combinations that are applicable to B include: B with B1 and B2; B with B1 and B3; B with B1 and B4; B with B1 and B5; B with B1 and B6; B with B1 and B7; B with B1 and B8; B with B1 and B9; B with B1 and B10; B with B1 and B11; B with B2 and B3; B with B2 and B4; B with B2 and B5; B with B2 and B6; B with B2 and B7; B with B2 and B8; B with B2 and B9; B with B2 and B10; B with B2 and B11; B with B3 and B4; B with B3 and B5; B with B3 and B6; B with B3 and B7; B with B3 and B8; B with B3 and B9; B with B3 and B10; B with B3 and B11; B with B4 and B5; B with B4 and B6; B with B4 and B7; B with B4 and B8; B with B4 and B9; B with B5 and B6; B with B5 and B7; B with B5 and B8; B with B5 and B9; B with B5 and B10; B with B5 and B11; B with B6 and B7; B with B6 and B8; B with B6 and B9; B with B6 and B10; B with B6 and B11; B with B7 and B8; B with B7 and B9; B with B7 and B10; B with B7 and B11; B with B8 and B9; B with B8 and B10; B with B8 and B11; B with B9 and B10; B with B9 and B11; B with B10 and B11; B with B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10 and B11; B with B1, B2, B7 and B9; B with B1, B3, B6 and B8; B with B4, B7 and B9; B with B1, B10 and B11.

Ausführungsform C: Ein System, umfassend: eine Probe, die in einem optischen Strahlengang angeordnet ist; und eine optische Rechenvorrichtung, die in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, um mit der Probe optisch zu interagieren, wobei die optische Rechenvorrichtung Folgendes umfasst: eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in den optischen Strahlengang; ein integriertes Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach der Probe lokalisiert wird, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren; einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang mit einem Zieleinfallswinkel zu übertragen, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird, und um eine oder mehrere Streustrahlungsreflexionen mit Winkeln zu reflektieren, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; und einen Detektor, der die ASMR empfängt und ein Ausgabesignal generiert, das einem Charakteristikum der Probe entspricht.Embodiment C: A system comprising: a sample disposed in an optical path; and an optical computing device disposed in the optical beam path to optically interact with the sample, the optical computing device comprising: an electromagnetic radiation source for emitting electromagnetic radiation into the optical beam path; an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after the sample, which is located in the optical path to generate in the optical path modified electromagnetic radiation; a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical path to transmit the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation in the optical path at a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle and to reflect one or more stray reflections at angles that do not match the target angle of incidence; and a detector that receives the ASMR and generates an output signal that corresponds to a characteristic of the sample.

Ausführungsform C kann eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Elemente in einer beliebigen Kombination aufweisen:
Element C1: Wobei das ICE nach der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.
Embodiment C may have one or more of the following additional elements in any combination:
Element C1: Where the ICE is located after the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the sample to generate optically interacting radiation in the optical path, and then the optically interacting radiation optically interacts with the ICE to form the optical Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.

Element C2: Wobei das ICE vor der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst mit dem ICE optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit der Probe optisch interagiert, um in dem optischen Strahlengang die modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit einem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.Element C2: Where the ICE is located in front of the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the ICE to generate optically interacting radiation in the optical path, and then the optically interacting radiation optically interacts with the sample to be detected in the optical path Beam path to generate the modified electromagnetic radiation, and wherein the BASF is located in the optical beam path to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with a target angle of incidence in the optical beam path.

Element C3: Wobei sich die Probe in einem Flusspfad befindet.Element C3: where the sample is in a flow path.

Element C4: Wobei sich die Probe in einem Flusspfad befindet, der in einem Bohrloch in einer unterirdischen Formation lokalisiert wird. Element C4: Where the sample is located in a flow path that is located in a borehole in a subterranean formation.

Element C5: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist.Element C5: BASF being an independent filter.

Element C6: Wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist, der in dem optischen Strahlengang an einer Stelle angeordnet ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element C6: wherein the BASF is a self-contained filter disposed in the optical path at a location selected from the group consisting of between the electromagnetic radiation source and the sample, between the sample and the ICE, between the ICE and the detector and any combination thereof.

Element C7: Wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer Komponente abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.Element C7: wherein the BASF is a multilayer film stack deposited on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, and any combination thereof.

Element C8: Wobei ein Probenfenster angrenzend an die Probe in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, um mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) zu generieren.Element C8: wherein a sample window is disposed adjacent to the sample in the optical path, the sample window having one or more surfaces to generate at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s).

Element C9: Wobei ein Probenfenster angrenzend an die Probe in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, um mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) zu generieren, und wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer Komponente abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor, dem Probenfenster und einer beliebigen Kombination davon.Element C9: wherein a sample window is disposed adjacent to the sample in the optical path, the sample window having one or more surfaces to generate at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s), and wherein BASF is a multilayer film stack deposited on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, the sample window, and any combination thereof.

Element C10: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt.Element C10: where BASF is composed of photonic crystal layers.

Element C11: Wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einer Verbindung auf Siliciumbasis, einer Verbindung auf Tantalbasis, einer Halbleiterverbindung der Gruppe III–V, einer Metallverbindung der Gruppe IVB, einem Dielektrikum und einer beliebigen Kombination davon.Element C11: wherein BASF is composed of photonic crystal layers selected from the group consisting of a silicon-based compound, a tantalum-based compound, a Group III-V semiconductor compound, a Group IVB metal compound, a dielectric, and any of them Combination of it.

Element C12: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Glühbirne, einer lichtemittierenden Vorrichtung, einem Laser, einem Schwarzen Körper, einem photonischen Kristall, einer Röntgenstrahlenquelle, einer Gammastrahlenquelle und einer beliebigen Kombination davon.Element C12: wherein the electromagnetic radiation source is selected from the group consisting of a light bulb, a light-emitting device, a laser, a black body, a photonic crystal, an X-ray source, a gamma-ray source, and any combination thereof.

Element C13: Wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle zumindest eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Infrarotstrahlung, naher Infrarotstrahlung, sichtbarem Licht, ultraviolettem Licht, Vakuum-UV-Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und einer beliebigen Kombination davon.Element C13: Wherein the electromagnetic radiation source is at least one selected from the group consisting of infrared radiation, near infrared radiation, visible light, ultraviolet light, vacuum UV light, X-ray, gamma radiation, and any combination thereof.

Als ein nicht einschränkendes Beispiel schließen beispielhafte Kombinationen, die für C anwendbar sind, Folgendes ein: C mit C1 und C2; C mit C1 und C3; C mit C1 und C4; C mit C1 und C5; C mit C1 und C6; C mit C1 und C7; C mit C1 und C8; C mit C1 und C9; C mit C1 und C10; C mit C1 und C11; C mit C1 und C12; C mit C1 und C13; C mit C2 und C3; C mit C2 und C4; C mit C2 und C5; C mit C2 und C6; C mit C2 und C7; C mit C2 und C8; C mit C2 und C9; C mit C2 und C10; C mit C2 und C11; C mit C2 und C12; C mit C2 und C13; C mit C3 und C4; C mit C3 und C5; C mit C3 und C6; C mit C3 und C7; C mit C3 und C8; C mit C3 und C9; C mit C3 und C10; C mit C3 und C11; C mit C3 und C12; C mit C3 und C13; C mit C4 und C5; C mit C4 und C6; C mit C4 und C7; C mit C4 und C8; C mit C4 und C9; C mit C4 und C10; C mit C4 und C11; C mit C4 und C12; C mit C4 und C13; C mit C5 und C6; C mit C5 und C7; C mit C5 und C8; C mit C5 und C9; C mit C5 und C10; C mit C5 und C11; C mit C5 und C12; C mit C5 und C13; C mit C6 und C7; C mit C6 und C8; C mit C6 und C9; C mit C6 und C10; C mit C6 und C11; C mit C6 und C12; C mit C6 und C13; C mit C7 und C8; C mit C7 und C9; C mit C7 und C10; C mit C7 und C11; C mit C7 und C12; C mit C7 und C13; C mit C8 und C9; C mit C8 und C10; C mit C8 und C11; C mit C8 und C12; C mit C8 und C13; C mit C9 und C10; C mit C9 und C11; C mit C9 und C12; C mit C9 und C13; C mit C10 und C11; C mit C10 und C12; C mit C10 und C13; C mit C11 und C12; C mit C11 und C13; C mit C12 und C13; C mit C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12 und C13; C mit C1, C3, C7 und C8; C mit C1, C4, C6 und C9; C mit C5, C7, und C8; C mit C1, C4 und C10; C mit C7, C8 und C11; C mit C1, C5, C12 und C13.As a non-limiting example, exemplary combinations that are applicable to C include: C with C1 and C2; C with C1 and C3; C with C1 and C4; C with C1 and C5; C with C1 and C6; C with C1 and C7; C with C1 and C8; C with C1 and C9; C with C1 and C10; C with C1 and C11; C with C1 and C12; C with C1 and C13; C with C2 and C3; C with C2 and C4; C with C2 and C5; C with C2 and C6; C with C2 and C7; C with C2 and C8; C with C2 and C9; C with C2 and C10; C with C2 and C11; C with C2 and C12; C with C2 and C13; C with C3 and C4; C with C3 and C5; C with C3 and C6; C with C3 and C7; C with C3 and C8; C with C3 and C9; C with C3 and C10; C with C3 and C11; C with C3 and C12; C with C3 and C13; C with C4 and C5; C with C4 and C6; C with C4 and C7; C with C4 and C8; C with C4 and C9; C with C4 and C10; C with C4 and C11; C with C4 and C12; C with C4 and C13; C with C5 and C6; C with C5 and C7; C with C5 and C8; C with C5 and C9; C with C5 and C10; C with C5 and C11; C with C5 and C12; C with C5 and C13; C with C6 and C7; C with C6 and C8; C with C6 and C9; C with C6 and C10; C with C6 and C11; C with C6 and C12; C with C6 and C13; C with C7 and C8; C with C7 and C9; C with C7 and C10; C with C7 and C11; C with C7 and C12; C with C7 and C13; C with C8 and C9; C with C8 and C10; C with C8 and C11; C with C8 and C12; C with C8 and C13; C with C9 and C10; C with C9 and C11; C with C9 and C12; C with C9 and C13; C with C10 and C11; C with C10 and C12; C with C10 and C13; C with C11 and C12; C with C11 and C13; C with C12 and C13; C is C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12 and C13; C with C1, C3, C7 and C8; C with C1, C4, C6 and C9; C with C5, C7, and C8; C with C1, C4 and C10; C with C7, C8 and C11; C with C1, C5, C12 and C13.

Folglich sind die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele gut geeignet, um die erwähnten Ziele und Vorteile sowie diejenigen, die damit zusammenhängen, zu erreichen. Die oben offenbarten bestimmten Ausführungsformen sind lediglich veranschaulichend, da die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele modifiziert und auf verschiedene, jedoch äquivalente Arten umgesetzt werden können, welche für den Fachmann, für den die in dieser Patentschrift enthaltenen Lehren von Vorteil sind, ersichtlich sind. Ferner sind keine Einschränkungen bezüglich der hierin gezeigten Details zu Aufbau oder Gestaltung beabsichtigt, sofern nicht in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben. Demnach versteht sich, dass die bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen, welche vorangehend offenbart wurden, abgeändert, kombiniert oder modifiziert werden können, und alle derartigen Abwandlungen in dem Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung berücksichtigt werden. Die hierin veranschaulichend offenbarten Ausführungsformen können in Abwesenheit eines beliebigen Elements, das hierin nicht spezifisch offenbart wird, und/oder eines beliebigen hierin offenbarten optionalen Elements auf geeignete Weise ausgeführt werden. Während Zusammensetzungen und Verfahren als verschiedene Komponenten oder Schritte „umfassend“, „enthaltend“ oder „einschließend“ beschrieben werden, können die Zusammensetzungen und Verfahren auch „im Wesentlichen bestehen aus“ den verschiedenen Komponenten und Schritten oder daraus „bestehen“. Alle vorangehend offenbarten Zahlen und Bereiche können in gewissem Maße variieren. In jedem Fall, in dem ein numerischer Bereich mit einer Untergrenze und einer Obergrenze offenbart wird, sind alle Zahlen und alle eingeschlossenen Bereiche, die in den Bereich fallen, spezifisch offenbart. Insbesondere ist jeder hierin offenbarte Wertebereich (in der Form „von etwa a bis etwa b“ oder ebenso „von ungefähr a bis b“ oder ebenso „von ungefähr a–b“) so zu verstehen, dass er alle Zahlen und Bereiche, die in dem breiteren Wertebereich eingeschlossen sind, darlegt. Zudem haben die in den Ansprüchen verwendeten Begriffe ihre gewöhnliche, herkömmliche Bedeutung, sofern sie durch den Patentinhaber nicht ausdrücklich und eindeutig anders definiert sind. Des Weiteren sind die wie in den Patentansprüchen verwendeten unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ hierin derart definiert, dass sie ein oder mehr als eines des Elements bezeichnen, das sie einleiten.Thus, the embodiments described herein are well suited to achieving the stated objects and advantages, as well as those associated therewith. The particular embodiments disclosed above are merely illustrative, as the embodiments described herein may be modified and implemented in various, but equivalent, manners which will be apparent to those skilled in the art to which the teachings contained in this specification benefit. Furthermore, no limitations on the details of construction or design shown herein are intended, except as described in the following claims. Accordingly, it should be understood that the particular illustrative embodiments disclosed above may be modified, combined, or modified, and all such modifications are considered within the scope and spirit of the present disclosure. The embodiments illustratively disclosed herein may be conveniently carried out in the absence of any element not specifically disclosed herein and / or any optional element disclosed herein. While compositions and methods are described as comprising "comprising," "containing," or "including" various components or steps, the compositions and methods may also "consist essentially of" the various components and steps, or "consist" thereof. All numbers and ranges disclosed above may vary to some extent. In any case where a numerical range having a lower bound and an upper bound is disclosed, all numbers and all trapped regions falling within the range are specifically disclosed. In particular, each range of values disclosed herein (in the form "from about a to about b" or also "from about a to b" or also "about a-b") should be understood to include all numbers and ranges as set forth in U.S. Pat the broader range of values. In addition, the terms used in the claims have their usual, conventional meaning unless expressly and otherwise clearly defined by the assignee. Further, the indefinite article "a" or "an" as used in the claims are defined herein to mean one or more than one of the element they introduce.

Wie hierin verwendet, wird durch die Wendung „mindestens eine(s) von“, die einer Reihe von Elementen mit den Begriffen „und“ oder „oder“, um beliebige der Elemente zu trennen, vorausgeht, die Liste als Ganzes und nicht jedes Glied der Liste (d. h. jedes Element) modifiziert. Die Wendung „mindestens eine(s) von“ macht keine Auswahl von mindestens einem Element erforderlich; vielmehr ermöglicht die Wendung eine Bedeutung, die mindestens eines von einem beliebigen der Elemente und/oder mindestens eine von einer beliebigen Kombination der Elemente und/oder mindestens eines von jedem der Elemente einschließt. Beispielsweise beziehen sich die Wendungen „mindestens eines von A, B und C“ oder „mindestens eines von A, B oder C“ jeweils auf lediglich A, lediglich B oder lediglich C; eine beliebige Kombination von A, B und C; und/oder mindestens eines von jedem von A, B und C.As used herein, by the phrase "at least one of" preceded by a series of elements having the terms "and" or "or" to separate any of the elements, the list as a whole and not every link the list (ie each element). The phrase "at least one of" does not require selection of at least one item; rather, the phrase allows a meaning including at least one of any of the elements and / or at least one of any combination of the elements and / or at least one of each of the elements. For example, the phrases "at least one of A, B, and C" or "at least one of A, B, or C" refer to only A, B only, or C only; any combination of A, B and C; and / or at least one of each of A, B, and C.

Claims (26)

Optische Rechenvorrichtung, umfassend: eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in einen optischen Strahlengang; ein integriertes Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach einer Probe lokalisiert wird, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren; einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang mit einem Zieleinfallswinkel zu übertragen, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird, und um eine oder mehrere Streustrahlungsreflexionen mit Winkeln zu reflektieren, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; und einen Detektor, der die ASMR empfängt und ein Ausgabesignal generiert, das einem Charakteristikum der Probe entspricht.Optical computing device comprising: an electromagnetic radiation source for emitting electromagnetic radiation into an optical path; an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after a sample located in the optical path to generate modified electromagnetic radiation in the optical path; a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical path to transmit the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation in the optical path at a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle and to reflect one or more stray reflections at angles that do not match the target angle of incidence; and a detector that receives the ASMR and generates an output signal that corresponds to a characteristic of the sample. Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das ICE nach der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst optisch mit der Probe interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit dem ICE optisch interagiert, um die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit dem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.The optical computing device of claim 1, wherein the ICE is located after the sample such that the electromagnetic radiation first optically interacts with the sample to generate optically interacting radiation in the optical beam path and then optically interacts with the optically interacting radiation to form the ICE to generate the modified electromagnetic radiation in the optical beam path, and wherein the BASF is localized in the optical beam path in order to transfer the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with the target angle of incidence into the optical beam path. Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das ICE vor der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst optisch mit dem ICE interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit der Probe optisch interagiert, um die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit dem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.The optical computing device of claim 1, wherein the ICE is located in front of the sample so that the electromagnetic radiation first interacts optically with the ICE to generate optically interacting radiation in the optical beam path, and then the optically interacting radiation with the ICE Probe interacts optically to generate the modified electromagnetic radiation in the optical path, and wherein the BASF is located in the optical path to the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with the target angle of incidence in the optical path to convict. Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist.Optical computing device according to claim 2 or 3, wherein the BASF is a self-contained filter. Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der eigenständige BASF-Filter in dem optischen Strahlengang an einer Stelle angeordnet ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.The optical computing device of claim 4, wherein the self-contained BASF filter is disposed in the optical path at a location selected from the group consisting of between the electromagnetic radiation source and the sample, between the sample and the ICE, between the ICE and the detector and any combination thereof. Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer Komponente abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.The optical computing device of claim 2 or 3, wherein the BASF is a multilayer film stack deposited on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, and any combination thereof. Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Probenfenster angrenzend an die Probe in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, um mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) zu generieren.The optical computing device of claim 2 or 3, wherein a sample window is disposed adjacent the sample in the optical path, the sample window having one or more surfaces to generate at least one of the one or more of the scattered radiation reflection (s). Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer Komponente abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor, dem Probenfenster und einer beliebigen Kombination davon.The optical computing device of claim 7, wherein the BASF is a multilayer film stack deposited on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, the sample window, and any combination thereof. Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt.Optical computing device according to claim 2 or 3, wherein the BASF is composed of photonic crystal layers. Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die photonischen Kristallschichten aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einer Verbindung auf Siliciumbasis, einer Verbindung auf Tantalbasis, einer Halbleiterverbindung der Gruppe III–V, einer Metallverbindung der Gruppe IVB, einem Dielektrikum und einer beliebigen Kombination davon.The optical computing device of claim 9, wherein the photonic crystal layers are selected from the group consisting of a silicon-based compound, a tantalum-based compound, a Group III-V compound semiconductor, a Group IVB metal compound, a dielectric, and any combination thereof. Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Glühbirne, einer lichtemittierenden Vorrichtung, einem Laser, einem Schwarzen Körper, einem photonischen Kristall, einer Röntgenstrahlenquelle, einer Gammastrahlenquelle und einer beliebigen Kombination davon. The optical computing device of claim 2 or 3, wherein the electromagnetic radiation source is selected from the group consisting of a light bulb, a light emitting device, a laser, a black body, a photonic crystal, an x-ray source, a gamma ray source, and any combination thereof. Optische Rechenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die elektromagnetische Strahlungsquelle zumindest eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Infrarotstrahlung, naher Infrarotstrahlung, sichtbarem Licht, ultraviolettem Licht, Vakuum-UV-Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und einer beliebigen Kombination davon.The optical computing device of claim 2 or 3, wherein the electromagnetic radiation source is at least one selected from the group consisting of infrared radiation, near infrared radiation, visible light, ultraviolet light, vacuum UV light, X-ray, gamma radiation, and any combination thereof , Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer elektromagnetischen Strahlungsquelle, die elektromagnetische Strahlung in einen optischen Strahlengang emittiert; optisches Interagieren der elektromagnetischen Strahlung mit einer Probe, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird und einem integrierten Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach der Probe lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang elektromagnetische Strahlung zu generieren; Übertragen der elektromagnetischen Strahlung und/oder der modifizierten elektromagnetischen Strahlung durch einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, mit einem Zieleinfallswinkel, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird; Reflektieren von einer oder mehreren Streustrahlungsreflexionen mit dem BASF in dem optischen Strahlengang mit Winkeln, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; Empfangen von ASMR mit einem Detektor; und Generieren eines Ausgabesignals, das einem Charakteristikum der Probe entspricht. Method, comprising: Providing an electromagnetic radiation source which emits electromagnetic radiation in an optical beam path; optically interacting the electromagnetic radiation with a sample located in the optical path and an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after the sample to generate electromagnetic radiation in the optical path; Transmitting the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation through a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical beam path with a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle; Reflecting one or more stray reflections with the BASF in the optical beam path at angles that do not match the target angle of incidence; Receiving ASMR with a detector; and Generating an output signal that corresponds to a characteristic of the sample. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das ICE nach der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst optisch mit der Probe interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit dem ICE optisch interagiert, um die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit dem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.The method of claim 13, wherein the ICE is located after the sample such that the electromagnetic radiation first interacts optically with the sample to generate optically interacting radiation in the optical path, and then optically interacts with the optically interacting radiation with the ICE interacts to generate the modified electromagnetic radiation in the optical path, and wherein the BASF is located in the optical path to transfer the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with the target angle of incidence into the optical path , Verfahren nach Anspruch 13, wobei das ICE vor der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst optisch mit dem ICE interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit der Probe optisch interagiert, um die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit dem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.The method of claim 13, wherein the ICE is located in front of the sample such that the electromagnetic radiation first optically interacts with the ICE to generate optically interacting radiation in the optical path, and then optically interacts with the optically interacting radiation to form the ICE modified electromagnetic radiation in the optical beam path to generate, and wherein the BASF is located in the optical beam path in order to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with the target angle of incidence in the optical beam path. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei der BASF ein eigenständiger Filter ist, und ferner umfassend das Anordnen des eigenständigen BASF-Filters an einer Stelle, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus zwischen der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Probe, zwischen der Probe und dem ICE, zwischen dem ICE und dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.The method of claim 14 or 15, wherein the BASF is a self-contained filter, and further comprising disposing the self-standing BASF filter at a location selected from the group consisting of between the electromagnetic radiation source and the sample, between the sample and the ICE, between the ICE and the detector, and any combination thereof. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, und ferner umfassend das Ablagern des BASF-Mehrschichtfilms auf einer Komponente, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor und einer beliebigen Kombination davon.The method of claim 14 or 15, wherein the BASF is a multilayer film stack, and further comprising depositing the BASF multilayer film on a component selected from the group consisting of the ICE, the detector, and any combination thereof. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, ferner umfassend das Anordnen eines Probenfensters angrenzend an die Probe und das Übertragen der elektromagnetischen Strahlung dahindurch, um optisch mit der Probe zu interagieren, wobei das Probenfenster eine oder mehrere Flächen aufweist, die mindestens eine der einen oder der mehreren der Streustrahlungsreflexion(en) generieren.The method of claim 14 or 15, further comprising arranging a sample window adjacent to the sample and transmitting the electromagnetic radiation therethrough to optically interact with the sample, the sample window having one or more surfaces including at least one of the one or more generate the scattered radiation reflection (s). Verfahren nach Anspruch 18, wobei der BASF ein Mehrschicht-Filmstapel ist, der auf einer abgelagert ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus dem ICE, dem Detektor, dem Probenfenster und einer beliebigen Kombination davon.The method of claim 18, wherein the BASF is a multilayer film stack deposited on one selected from the group consisting of the ICE, the detector, the sample window, and any combination thereof. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei sich der BASF aus photonischen Kristallschichten zusammensetzt.The method of claim 14 or 15, wherein the BASF is composed of photonic crystal layers. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die photonischen Kristallschichten aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einer Verbindung auf Siliciumbasis, einer Verbindung auf Tantalbasis, einer Halbleiterverbindung der Gruppe III–V, einer Metallverbindung der Gruppe IVB, einem Dielektrikum und einer beliebigen Kombination davon.The method of claim 20, wherein the photonic crystal layers are selected from the group consisting of a silicon-based compound, a tantalum-based compound, a Group III-V compound semiconductor, a Group IVB metal compound, a dielectric, and any combination thereof. System, umfassend: eine Probe, die in einem optischen Strahlengang angeordnet ist; und eine optische Rechenvorrichtung, die in dem optischen Strahlengang angeordnet ist, um mit der Probe optisch zu interagieren, wobei die optische Rechenvorrichtung Folgendes umfasst: eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in den optischen Strahlengang; ein integriertes Rechenelement (ICE), das in dem optischen Strahlengang vor oder nach der Probe lokalisiert wird, die in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um in dem optischen Strahlengang modifizierte elektromagnetische Strahlung zu generieren; einen selektiven Breitbandwinkelfilter (BASF), der in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang mit einem Zieleinfallswinkel zu übertragen, wodurch eine nach dem Winkel ausgewählte modifizierte elektromagnetische Strahlung (ASMR) generiert wird, und um eine oder mehrere Streustrahlungsreflexionen mit Winkeln zu reflektieren, die nicht mit dem Zieleinfallswinkel übereinstimmen; und einen Detektor, der die ASMR empfängt und ein Ausgabesignal generiert, das einem Charakteristikum der Probe entspricht.System comprising: a sample disposed in an optical path; and an optical computing device disposed in the optical beam path for optically interacting with the sample, the optical computing device comprising: an electromagnetic radiation source for emitting electromagnetic radiation into the optical path; an integrated computing element (ICE) located in the optical path before or after the sample, which is located in the optical path to generate in the optical path modified electromagnetic radiation; a selective broadband angle filter (BASF) located in the optical path to transmit the electromagnetic radiation and / or the modified electromagnetic radiation in the optical path at a target angle of incidence, thereby generating a modified electromagnetic radiation (ASMR) selected by the angle and to reflect one or more stray reflections at angles that do not match the target angle of incidence; and a detector that receives the ASMR and generates an output signal that corresponds to a characteristic of the sample. System nach Anspruch 22, wobei das ICE nach der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst optisch mit der Probe interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit dem ICE optisch interagiert, um die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit dem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.The system of claim 22, wherein the ICE is located after the sample such that the electromagnetic radiation first optically interacts with the sample to generate optically interacting radiation in the optical beam path and then optically interacts with the optically interacting radiation with the ICE to form the to generate modified electromagnetic radiation in the optical beam path, and wherein BASF is localized in the optical beam path in order to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with the target angle of incidence into the optical beam path. System nach Anspruch 22, wobei das ICE vor der Probe lokalisiert wird, sodass die elektromagnetische Strahlung zunächst optisch mit dem ICE interagiert, um in dem optischen Strahlengang optisch interagierende Strahlung zu generieren, und die optisch interagierende Strahlung dann mit der Probe optisch interagiert, um die modifizierte elektromagnetische Strahlung in dem optischen Strahlengang zu generieren, und wobei der BASF in dem optischen Strahlengang lokalisiert wird, um die elektromagnetische Strahlung, die optisch interagierende Strahlung und/oder die modifizierte elektromagnetische Strahlung mit dem Zieleinfallswinkel in den optischen Strahlengang zu überführen.The system of claim 22, wherein the ICE is located in front of the sample such that the electromagnetic radiation first optically interacts with the ICE to generate optically interacting radiation in the optical path, and then optically interacts with the optically interacting radiation to form the ICE modified electromagnetic radiation in the optical beam path to generate, and wherein the BASF is located in the optical beam path in order to convert the electromagnetic radiation, the optically interacting radiation and / or the modified electromagnetic radiation with the target angle of incidence in the optical beam path. System nach Anspruch 23 oder 24, wobei sich die Probe in einem Flusspfad befindet.The system of claim 23 or 24, wherein the sample is in a flow path. System nach Anspruch 25, wobei der Flusspfad in einem Bohrloch in einer unterirdischen Formation lokalisiert wird.The system of claim 25, wherein the flowpath is located in a borehole in a subterranean formation.
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